CN105593648B - 流体控制测量装置 - Google Patents

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Abstract

用于测量和控制流体流的系统和方法包括限定可变开口的孔板。孔板包括具有中央开口的内组件和通过中央开口延伸的外组件。流装置利用超声学、减小的能量以及较简单的设计来便宜地精确调节流体的高体积的流体以及非常低体积的流体。高调节装置允许在较低速率下使用，由此减小了噪声产生且无需消声线。高可调范围装置将若干零件数量组合成较少的零件，由此简化了产品组合。在一些情况下，与流装置相关联的成本益处使得设备缩减100:1而非10:1，提供了节能、较少的产品变数、简单且更耐用的应用。装置给新旧建筑提供新鲜空气、舒适性以及能量守则。流装置可以在没有复杂的软件程序的情况下被设计、选择和定尺寸。

Description

流体控制测量装置
相关申请的交叉引用
该申请要求2013年7月12日提交的题为“LOW FLOW DAMPER”的美国临时专利申请第61/845,665号和2013年8月30日提交的题为“LOW FLOW FLUID CONTROLLER”的美国临时专利申请第61/872,576号的优先权。通过引用将这些公开内容中的每个公开内容的全部内容如在本文中完全阐述那样并入本文以用于所有目的。
背景技术
测量和调节流体流例如空气流或水流是普遍的，但是通常是昂贵的，尤其是对于低流量流而言。在许多情况下，用于测量低流量流的成本高得惊人而且无利可图。此外，目前的流测量装置提供有限的量程比，通常小于10:1，因此不支持对于流体流的精确测量功能。例如，典型的暖通空调(“HVAC”)系统由于测量空气流的高成本和有限的量程而不精确地执行。仅有的选项是开启或关断HVAC系统。这导致HVAC系统消耗不必要的能量并且还妨碍了HVAC的给建筑内的人们提供舒适的目的。
需要测量流体体积及调节得到的流体流的实用方式。此外，需要以经济可行的方式测量流体体积以及调节得到的流体流。本公开旨在处理上述问题并且提供相关优点。
发明内容
本公开一般性涉及流测量装置，并且更具体地，涉及流体流测量和控制系统。
目前可用的流体流控制机制通常基于表征或测量穿过孔的流体流的现有准则或装置。例如，已经使用各种管道内孔板装置来测量井的流体流超过100年。有利地，本申请公开了可以被实现以用于利用流体控制系统和方法的新的准则和技术。例如，本申请描述了新的准则，其在一些应用中可以解决追溯至十七世纪的观察到的理论与实践之间的矛盾。例如，在一些实施例中，如在本文中的其他地方另外描述的，可以使用在本文中公开的准则和相关技术(包括流和流量系数方程)来解决关于收缩断面和关于较早期观察的其他流动现象的矛盾、不一致和/或局限，参见例如Torricelli(1643)，Newton(1713)，Bernoulli(1738)，Borda(1760)，Weisbach(1872)，Kirchoff(1869)，和/或Johansen(1930)。
根据一些实施例，可以使用多级风门来解决标准蝶形风门的局限，其中蝶形风门可以看作投射开口面积为Ao＝Aduct-Adamper*COS(θ)的可变孔板。对于多级风门例如两级风门，内盘的收缩断面可以被控制，不是如在标准蝶形风门中那样通过垂直投射至管道的面积控制，而是通过内环开口A0垂直于环和开口盘本身的面的投射来控制。
在一个实施例中，提供了一种用于测量和控制穿过流动路径的流体流的流装置。该流装置可以被结合在暖通空调(HVAC)系统的管道中。流装置可以包括孔板，其设置在流动路径内并且限定用于接纳穿过流动路径的流的可变开口。此外，孔板可以包括具有中央开口的外组件和沿着中央开口延伸的内组件。流装置还可以具有与孔板工作上连接的致动器组件。
内组件可以包括多个嵌套元件，由此所述多个嵌套元件中的至少之一包括另外的开口。在一些实施例中，内组件包括内风门并且外组件包括外风门。在另一方面，可变开口包括平行排列的多个另外开口。在又一方面，嵌套元件中的至少之一的直径D为10英寸并且相邻嵌套元件的直径d为3.5英寸，另外其中D∶d的比为约10：3.5并且是可扩展的。
内组件和外组件中的至少之一还包括并排布置在流动路径中的多个另外组件。内组件和外组件可以被偏移以得到增强的流测量特性。此外，内组件包括未穿孔板或穿孔板。在另一方面，内组件和外组件中的至少之一限定选自下述形状中的形状：圆形、三角形、菱形、梯形、矩形、椭圆形、球形、半球形和四分之一球形。
在流装置的管道上可以布置有衬垫，并且该衬垫被配置成压紧并密封外组件。内组件和外组件可以交叠以限定交叠区，另外其中交叠区包括嵌在内组件和外组件中的至少之一上的可压缩衬垫。此外，流装置可以包括衬底，其在选自空气阀截止、内组件和外组件中的至少两个组件之间提供紧密正压密封。
流装置还可以包括由泪滴舱限定的回收区，该回收区限定了孔板的下游的流动路径中的至少一部分，其中泪滴舱减小了来自增加速度的文丘里或施加在舱的上游的流体流的伯努利效应的损失。在一些实施例中，流装置包括从外组件延伸的中空外轴和从穿过中空外轴的内组件延伸的内轴，其中内轴和外轴与致动器组件工作上连接。致动器组件可以包括与中空外轴工作上耦合的第一致动器和与内轴工作上耦合的第二致动器。此外，第一致动器和第二致动器可以共线并且联动在一起以能够在宽流量范围实现可测量性和可控制性。在另一些实施例中，第一致动器和第二致动器并行安装或者安装在流装置的相对侧上。
致动器组件可以包括具有传动装置的致动器，该传动装置具有双同轴输出以使内组件和外组件相对于彼此旋转，由此该传动装置包括与内轴工作上耦合的内轨道和与外轴工作上耦合的外轨道。致动器组件可以包括操作的机电装置或气动机械装置。此外，致动器组件可以与智能装置或具有可编程嵌入式控制器的装置结合或结合至智能装置或具有可编程嵌入式控制器的装置中。在不同方面，智能装置包括利用选自流量测量、孔计量和致动器计量元件中的至少一个构件的算法。流装置可以为独立的流量测量装置。
此外，孔板增加了流体流的压力，以便于测量和控制流体流或大量流体的体积。孔板可以将流体流分为多个流，以便于增加速度压力或对于较精确的测量恢复速度压力。在一些实施例中，通过流装置测量和控制的流体流限定了在约5英尺每分钟至约3000英尺每分钟之间的流动速率。
在另一实施例中，本公开提供了与孔板工作上通信的控制器。控制器包括：处理器；以及存储器，该存储器与处理器可通信性耦合并且在存储器中存储有处理器能读取的指令，该指令在被处理器执行时导致处理器来基于第一传感器所获得的第一压力测量结果确定压差、基于从致动器组件接纳的位置反馈确定外组件和内组件的位置、以及基于压差和外组件和内组件的位置调节可变开口。控制器可以相对于中央控制系统远程地设置并且通过网络连接或楼宇自动化系统(BAS)与孔板工作上通信。
在另一些方面，第一传感器设置在孔板的上游的流动路径中。压差还可以基于在设置在第一传感器的下游的流动路径中的第二传感器处得到的第二压力测量结果。第二传感器可以位于孔板后面，位于流尾或流动路径中的静止空气中。此外，第一传感器和第二传感器中的至少之一使用或包括轴，该轴通过致动器组件与外组件或内组件工作上连接。例如，第一传感器和第二传感器中的至少之一可以使用致动器轴来经由管道壁传递压力，或者可以将传感器开口本身与轴结合。轴提供上游流测量装置或传感器或者下游流测量装置或传感器中的至少之一。在一些方面，第一传感器和第二传感器中的至少之一是皮托管或具有位于孔板的上游或下游侧的电子嵌入式传感器换能器的皮托管。在另一些方面，第一传感器和第二传感器中的至少之一包括多个换能器。
在一些实施例中，理解的是，第一传感器测量流体流的总压力或放大的总压力，而第二传感器测量流体流的静压或减小的代表性静压。第一传感器测量结果与第二传感器测量结果之间的差得到能够测量小于等于25CFM的较小的流体流的大的压差。在一些方面，第一传感器嵌在孔板的上游表面上而第二传感器嵌在孔板的下游表面上。此外，孔板包括内组件和围绕内组件的外组件，其中第一传感器嵌在孔板的内组件上。
在另一实施例中，控制器基于内组件和外组件的位置来确定放大系数，另外其中放大系数基于计算或查找表确定。理解的是，放大系数是非恒定系数。在一些方面，查找表包括经验检验数据。在另一方面，控制器基于压差和放大系数来确定流速，其中放大系数是可变开口面积与管道面积的比的平方或者是可变开口面积与管道面积的比的函数。在另一方面，控制器基于流量系数确定流速，流量系数在最大流体流下施加以确定用于校准的最大流量；另外其中流量系数是恒定系数。
另外，在另一些实施例中，控制器将流速与基于期望温度设置的目标流量进行对比并且基于比较操作致动器组件来保持或改变由内组件和外组件限定的可变开口面积。控制器将流速输出值在将流体流供应给流装置的中央系统处的中央控制器。控制器还可以将流速输出至基于云的系统和BAS楼宇自动化系统中的至少之一，或者将压差输出至室内或本地控制器以管理出入单个房间或实验室的总流。另外，在另一些方面，控制器给变频驱动器(VFD)或空气移动装置的马达以控制空气移动装置。控制器操作位于所述孔板的下游或上游的空气流移动装置；另外其中所述控制器基于所述压差操作所述空气流移动装置的马达。在一些方面，空气流移动装置包括一个或更多个风机。在另一方面，控制器部分地基于调节比来调节可变开口，调节比由穿过孔板的流体流的最大体积与穿过孔板的可控流体流的最小体积来限定，其中调节比大于10:1。调节比，也称为控制器的可调范围，可以大于100:1，和/或为选自25:1、50:1、75:1、100:1、125:1、150:1、175:1、200:1、225:1、275:1和300:1中的项。在特定方面，调节比在约25:1至约300:1之间。此外，流装置基于调节比自运行。
在一些实施例中，控制器是单个微电子控制器，其与在多个室内区域中的多个室内传感器通信以控制所述多个室内区域。控制器操作流装置，使得HVAC系统满足选自下述中的至少一个现行能量守则：ASHRAE标准55-2010、ASHRAE标准62.1-2010、ASHRAE标准90.1-2010、ASHRAE标准62.1-2010、ASHRAE标准90.1-2010、California Title 24和CALGreen。孔板和致动器组件中的至少之一与选自下述中的另一空气分配装置通信性操作：风机动力装置、空气调节器、冷冻光束、泵、冷却装置、直接膨胀汽化冷却空气调节组件单元、以及预管循环加热系统。此外，流装置可以与选自下述的至少一个附属部件通信或装配有选自下述的至少一个附属部件：控制系统、传感器、固件、软件、算法、空气移动装置、流体移动装置、马达、和变频装置(VFD)。另外，流装置与另外的联动装置、传动装置或特定的致动器连接或装配有所述另外的联动装置、传动装置或特定的致动器以调节另外的同心管、风门、阀或杆来优化空气流动测量性能。在又一方面，流装置被配置有或配置成具有两个或更多个流体装置组件的多出口高压间，其中所述多出口高压间利用选自下述的至少一个构件来允许多个房间或区域的同时多精确房间或区域控制：单个自给式BYUH发生器、多传热装置、空气间HVAV系统、和流体基系统。
在另一些实施例中，流装置被设置成与5度至180度的对称的或流纠正弯头组合，该弯头限定孔板的上游或下游的流动路径中的至少一部分，其中该弯头使装置适应紧密的空间限制。在替代实施例中，将多个不同尺寸的文丘里阀联动在一起以模拟多可变文丘里流量测量。在另一方面，流装置包括双管道壳体，该双管道壳体具有两个或更多个不同尺寸的内组件和外组件以复制两级组件。流装置还可以与安装在装置的上游或下游的管道较大处的至少一个传热单元组合，由此增加了传热表面并且允许选自下述中的构件中的至少之一：下空气压降、下水压降、局部加热及冷却、复位式冷却装置、复位式蒸煮器、和减小的泵马力。在又一方面，装置容纳在选自下述中的至少一个构件中或与所述选自下述中的至少一个构件连接：变风量(VAV)扩散器、格栅式扩散器和线性扩散器。VAV扩散器可以与流装置无线连接或有线连接。
在又一实施例中，孔板的下游的流体流直接排放至房间的周围空间。流装置可以包括全包式灯。另外，全包式灯和HVAC扩散器中的至少之一通过一个板载控制器控制。在又一方面，流装置还包括内置占用传感器或与内置占用传感器通信，其中该传感器选自红外传感器、运动传感器、超声传感器、温度传感器、二氧化碳传感器和湿度传感器。流装置与具有温度传感器的智能自平衡空气分配(SBAD)可调扩散器通信或容纳在所述具有温度传感器的智能自平衡空气分配(SBAD)可调扩散器中，另外其中工作上通信是无线的或有线的。在一些方面，流装置与智能自平衡空气分配(SBAD)机动化扩散器工作上通信或容纳在所述智能自平衡空气分配(SBAD)机动化扩散器中。
在本公开的又一实施例中，控制器被设置成与风门组件通信并且被配置成测量穿过流动路径的流体流。控制器包括处理器和存储器，存储器与处理器可通信性耦合并且能够由处理器读取，并且在存储器中存储有处理器能读取的指令，指令在被处理器执行时导致处理器来确定下述中的至少之一：1)基于风门组件的上游所测量的第一压力和风门组件的下游所测量的第二压力的压差，其中风门组件布置在流动路径中；2)由风门组件限定的可变开口面积，其中可变开口面积接纳穿过流动路径的流体流；3)基于可变开口面积与流动路径面积的比的平方的放大系数MF，其中放大系数MF为0≥MF≤1；以及4)基于压差和放大系数的流速。
理解的是，处理器还在由处理器限定的整个调节范围内控制流体流的流动速度或英尺每分钟同时改变流体流的流速或立方英尺每分钟。流速还基于流量系数，流量系数在最大流体流下施加以确定最大流速，其中最大流速用于校准目的。控制器还可以包括用于感测第一压力或第二压力的传感器，其中该传感器提供大于2.7或大于3的流体流测量放大。控制器可以包括选自可调电子换能器、压力感测装置和热线风速仪的传感器。
在另一些方面，控制器控制风门主角的可变开口面积并且处理器可读指令被编程为用于控制器和受控风门组件的最优的性能、声学效果和能量。控制器可以与基于云的控制计算和无线控制部件中的至少之一通信。在又另一些方面，控制器还通过楼宇自动化系统(BAS)的BAS软件监测和控制。控制器还根据前端软件楼宇自动化系统(BAS)实时平衡风门组件。仅通过示例的方式，实时平衡数据显示在选自前端软件BAS系统、安装在自给式压缩机上的控制器、流体移动装置和室内空气排放装置的构件处，以使得移动装置被控制并且与另一设备控制器连接。
在又一方面，控制器提供与风门组件工作上通信的流体移动装置的实时调节能力。控制器可以包括处理器可读指令，该处理器可读指令还包括基于计算穿过孔的流体的算法。该算法可以基于选自孔计量装置、流体感测元件、致动器转化和换能器中的至少一个构件。此外，控制器基于可变开口面积的对称性自动计算放大系数MF。放大系数MF计算利用10:1或更大的调节比来执行。在另一些方面，控制器基于将放大系数MF与确定的压差的平方根相乘并且然后进行校准来确定流速，以以期望的工程单位读取大量流体流。
在本公开的又一实施例中，与被配置成测量和控制穿过流动路径的流体流的风门组件工作上连接的致动器组件包括与第一传动装置连接的第一致动器。第一传动装置用于接受从风门组件的内组件和外组件中的至少之一延伸的第一轴和第二轴中的至少之一。
在一些方面，第一传动装置包括双同轴输出以使内组件和外组件旋转。第一传动装置包括与内轴工作上耦合的内轨道和与外轴工作上耦合的外轨道。此外，第二致动器被设置成与第一致动器连接，其中第一致动器与第一轴工作上连接并且第二致动器与第二轴工作上连接。第一致动器和第二致动器可以联动在一起。第一致动器和第二致动器中的至少之一与操作致动器组件的控制器无线通信。在又一方面，致动器组件输出来自第一致动器和第二致动器中的至少之一的反馈。在另一些实施例中，第一致动器和第二致动器中的至少之一可动地容纳在安装架上，该安装架用于接合风门组件的外壳的外表面。
在本公开的又一实施例中，用于测量穿过流动路径的流体流的流装置包括布置在流动路径中的风门组件，其中风门组件包括设置在流动路径内并且限定可变开口的至少一部分的旋转式风门。流装置还包括与风门组件工作上连接的致动器组件以及与风门组件工作上通信的控制器，其中控制器包括处理器和存储器，存储器与处理器可通信性耦合并且能够由处理器读取，并且在存储器中存储有处理器能读取的指令，指令在被处理器执行时导致处理器来确定下述中的至少之一：1)基于风门组件的上游所测量的第一压力和风门组件的下游所测量的第二压力的压差，其中风门组件布置在流动路径中；2)由风门组件限定的可变开口面积，其中可变开口面积接纳穿过流动路径的流体流；3)基于可变开口面积与流动路径面积的比的平方的放大系数MF，其中放大系数MF为0≥MF≤1；以及4)基于压差和放大系数的流速。
在一些方面，流动路径通过壳体限定，该壳体具有被配置成可动地容纳风门组件的中空内表面和被配置成可动地在其上安装致动器组件的相对的外表面。壳体可以包括限定流动路径的收缩区段的文丘里阀。在另一些方面，壳体还限定覆盖壳体中的开口的门或板，其中开口允许接近壳体中的风门组件以保持部件的清洁和替换。
风门组件可以是蝶形风门并且可变开口限定在风门板与限定流动路径的表面之间。蝶形风门包括基本上为圆形或矩形的主风门并且可变开口是能够在宽的流量范围进行测量和控制的可控开口。在一些方面，可控开口基本上是圆形或矩形。可控开口可以是滑动式或闸式开口。此外，主风门可以是滑动式或闸式风门。在另一方面，主风门还包括能够在宽流量范围内进行测量和控制的回收设备。回收设备包括位于主风门的上游的整流罩和位于主风门的下游的舱中的至少之一。
风门组件可以是2级风门组件，其包括在风门板中的中央开口和用于限定可变开口的穿过中央开口延伸的内旋转盘。风门板和内盘交叠以限定交叠区，交叠区包括嵌在风门板和内盘中的至少之一上的可压缩衬垫。在流动路径中可以成串地或并行地设置有多个风门组件，并且可以基于在风门组件的上游所取的第一压力测量结果和在风门组件的下游所取的第二压力测量结果来确定压差。在另一方面，控制器基于流速确定风门组件的新的位置设置并且给致动器组件发送信号以将风门组件调整至所述新位置。控制器可以将压差、可变开口面积、放大系数和流速中的至少之一输出至与另一控制器通信的外部控制器。此外，致动器组件还可以包括机电装置或气动机械装置。
在本公开的又一实施例中，提供了一种用于控制穿过限定截面面积Ad的管道的流体流的方法。该方法包括在管道中设置控制元件的步骤，其中其中所述控制元件限定可变开口面积AO，所述可变开口面积AO放大穿过所述控制元件的所述流体流的速度压力。该方法还包括：测量跨所述控制元件的压差△P；基于AO/Ad的比的平方、或AO/Ad的比的函数、AO/Ad的比来确定放大系数MF；以及基于所述压差△P的平方根、所述放大系数MF和所述管道面积Ad的乘积确定流速Q。此外，该方法还包括将所述流速Q与预定目标流量F进行对比。如果Q＝F，则该方法包括保持所述控制元件的限定所述可变开口面积AO的设置的步骤。如果Q≠F，则该方法包括执行下述中的至少之一的步骤：1)将所述控制元件的所述设置调整成限定所述可变开口面积AO的新的设置；2)通知给所述控制元件供给所述流体流的中央系统的中央控制器增加或减小所述流体流；以及3)基于所述压差△P操作布置在所述控制元件的上游或下游的风机的速度。
该方法还可以包括检查预定目标流量F是否改变的步骤，其中如果目标流量F没有改变且Q≠F，则给致动器发送信号以将控制元件调整至新设置。此外，该方法包括：在流动路径中成串地或并行地设置多个控制元件；测量跨所述多个控制元件的压差△P；以及基于所述多个控制元件中的下游最远的控制元件的可变开口面积AO来确定放大系数MF。另外，该方法包括增强或放大所测量的跨控制元件压差△P并且基于增强或放大的压差△P以及放大系数来计算流速Q以得到精确的流速Q。在一些实施例中，控制元件是薄刀片控制元件并且跨该刀片测量压差△P以增强读数。
在本公开的另一些实施例中，示出了一种用于测量和控制穿过暖通空调(HVAC)系统的管道中的流动路径的流体流的流装置。流装置包括孔板，其设置在所述流动路径内并且限定用于接纳穿过所述流动路径的流的可变开口。孔板包括具有中央开口的外组件和穿过中央开口延伸的内组件。此外，流装置包括：与孔板工作上连接的致动器组件；布置在孔板的上游的流动路径中的第一传感器；以及与孔板工作上通信的控制器。控制器包括处理器和存储器，存储器与所述处理器可通信性耦合并且能够由所述处理器读取，并且在所述存储器中存储有处理器能读取的指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器来执行下述中的至少之一：1)基于第一传感器所获得的第一压力测量结果确定压差；2)基于从所述致动器组件接纳的位置反馈确定所述外组件和所述内组件的位置；以及3)基于所述压差和所述外组件和所述内组件的位置调节所述可变开口。
在本公开的又一实施例中，提供了一种用在暖通空调(HVAC)系统中的中央控制系统。中央控制系统包括处理器和存储器，存储器其与所述处理器可通信性耦合并且能够由所述处理器读取，并且在所述存储器中存储有处理器能读取的指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器从多个流控制器接纳数据，其中所述多个流控制器中的每个流控制器操作相对于所述中央控制系统远程地设置的流装置。数据可以包括：在所述多个流控制器中的每个流控制器操作测得的压差；每个流装置提供的流动路径的可变开口面积；在所述多个流装置中的每个流装置处基于可变开口面积与流动路径面积的比的平方的放大系数MF，其中所述放大系数MF是非恒定系数并且0≥MF≤1；和/或基于所述压差和所述放大系数的流速。中央控制系统还可以将操作参数单独地发送至所述多个流控制器中的每个流控制器。这样的参数可以包括管道静压，以便于控制流装置的下游的最需要的管道和/或降低整个系统压力以降低风机马力需求。其他操作参数可以包括管道或区域CFM测量结果，以便于平衡或满足新鲜空气需求。此外，中央控制系统可以基于所接纳的所述数据调整供应流体流至所述多个流装置中的至少一部分的体积。在一些实施例中，处理器与所述多个流控制器无线通信。数据可以在其被所述多个流控制器中的每个流控制器收集以及从所述多个流控制器中的每个流控制器发送时被实时存储。
附图说明
图1是根据本发明的各种实施例的流装置的前透视图；
图2A是具有多个嵌套风门的风门组件的侧透视图；
图2B是具有矩形外风门和多个嵌套风门的风门组件的侧透视图；
图2C是具有不同几何形状的风门组件的前视图；
图2D是具有另一几何形状的风门组件的前透视图；
图2E是根据本公开的一些实施例的，在回收舱中的闸式风门组件的截面视图；
图2F是根据本公开的一些实施例的，在回收舱中的另一闸式风门组件的截面视图；
图3A是根据本发明的各种实施例的用于驱动两个风门轴的单件致动器的单个传动装置的倾斜视图；
图3B是图3A的所述两个风门轴的倾斜视图；
图4是根据本发明的各种实施例的附接至齿轮箱和致动器的风门组件的示意图；
图5A是壳体内的图1的流装置的前透视图；
图5B是图5A的前倾斜视图；
图5C是图5A的后倾斜视图；
图6A是具有图1的流装置的文丘里阀的倾斜透视图；
图6B是图6A的前倾斜视图；
图7A是具有图1的流装置的圆形壳体的侧视图；
图7B是图7A的前透视图；
图7C是图7B的沿线7C-7C所取的截面视图；
图7D是矩形壳体的前透视图；
图8是根据本发明的各种实施例的控制器和网络的示意图；
图9是根据本发明的各种实施例的方法的流程图；
图10A示出根据本发明的各种实施例的具有温度感测的SBAD可调扩散器；
图10B示出SBAD机动化扩散器；
图10C示出SBAD扩散器风门；以及
图11示出控制器或计算机装置的示意图。
图12描绘了根据本发明的实施例的低流量流体控制系统和方法的方面。
具体实施方式
本公开描述了流装置，其也称为流体控制测量装置或低流量流体控制器(“LFFC”)，该流装置提供了测量和调节各种类型的流体流例如具有高的或低的速度的气体流体流或液体流体流的高量程比。注意，虽然遍及整个申请可以使用术语LFFC，但是流装置可以适用于各种流体流并且不限于低流量。LFFC可以被结合至管道、自给式暖通空调(“HVAC”)设备或任意空气或流体排出或分配装置中。此外，LFFC是能够通过各种网络(包括蓝牙、WiFi、3G、4G等)与其他装置交互的智能装置。
在一些实施例中，LFFC是圆板状装置，其包括成串地或并行地安装在流动路径中的一个或更多个风门调节器和/或流体控制阀。风门和阀可以在限定流动路径的一部分的管或其他几何壳体中封装或未封装。如下所述，可以采用用于LFFC的许多其他几何构造和材料。
在实践中，LFFC可以结合应用流和流量系数方程的控制方法来实现。该方法提供了综合孔板模型，其有助于高量程比并且有利于LFFC便宜地精确地测量或调节流体流的非常低的体积。此外，LFFC通过显著减小噪声生成提供了优异的声学效果，无需消声线例如纤维玻璃、双壁、铠装皮线等。消除这样的消声部件可以减小流体流的压降以及有助于节能。
LFFC的有益效果的概述
本文中所述的LFFC提供了用于测量流体流、尤其是低空气及流体体积以及调节得到的流的可行装置。在实践中，在HVAC建筑系统中实现LFFC给建筑操作者提供了给住户提供新鲜空气的更多选项，同时满足新的能量标准并且提供了高的区域可控性。在本文中所述的LFFC简化了当前的HVAC系统设计。如此，LFFC消除或减小了之前的在建筑构造中对多种装置尺寸的需要。此外，LFFC能够实现系统的自平衡和连续调试。
在另一方面，LFFC的高量程比能够通过将许多产品零件数量(有时多达10000或更多个零件数量)组合成显著较少的数量供应品来简化产品组合。如此，LFFC减小了制造成本、工程时间、编目(cataloguing)、工程文件、图、声学计算等。还理解的是，如此一来，不需要复杂的软件程序，由此减小了消费者、制造商和销售渠道的经费和失误。另外，简化的产品供应品允许以低的边际成本在装置上安装更多的传感器、硬件、软件和固件，从而增强了产品技术和系统集成度。
在本文描述的一些实施例中，LFFC允许HVAC/处理系统的流体压力显著减小，这显著减小了能量需求。此外，LFFC通过进行可以以便宜方式应用的可行和连续的建筑调试的建筑控制网络的云计算来重新定义了当前的固件/软件体系结构的控制。LFFC应用于多种类型的现有产品，例如空气分配装置；空气阀；风机盘管；空气调节器；使用流体、电、化学品、气体、纳米流体的传热装置；处理设备以及将若干现有产品组合成一个产品的混合产品，并且两者均包括机械系统和控制网络体系结构、软件和固件。
在另外方面，LFFC可以以新的且改型的构造引入HVAC建筑设备(商用、居住或工业)、以及其他实现例如炉子和锅炉设备。例如，LFFC可以按规定尺寸制作成现有阀的LFFC以用于对现有设备进行快速改型。在另一方面，LFFC可以需要仅两个或三个LFFC尺寸以用于新的构造。
LFFC还可应用于居住设备、炼油厂、工业、制药厂、工艺市场，并且可以用于空气和水，直接扩展至混合电再加热或其他类型的热传导，包括核、化学和电。在特定方面，LFFC可以被结合至建筑HVAC设备的中央系统和区域系统。中央系统设备往往大，而区域系统设备往往位于室内水平且以较大量出售。理解的是，LFFC可以替换或置换区域系统中的目前的变风量(“VAV”)终端控制箱，该终端控制箱普遍存在于当今的建筑。LFFC还可以在大型系统中使用，包括建筑中的HVAC系统中的空气调节器/密封屋顶单元和其他附属产品。另外，LFFC可以用在基于流体的系统例如可变制冷剂系统、冷管，并且可以用在地下应用和/或混合系统。另外，LFFC有利于使用水和气体的混合系统变得更简易，包括有利于在低静压系统中使用纳米流体和加热管。
仅通过示例的方式，LFFC可以被结合至地下设计和冷管以准确测量或控制主空气进入冷管。这优化了冷却水盘管的加热系数，满足系统要求、住户舒适度和区域性能。LFFC还可以用在利用单个控制器加热或冷却、同时保持在若干单独区域内的设施点的装置上。如此，冷管可以被完全替换。此外，如此一来，可以替换风机供电箱和风机盘管或小AHU。在另一方面，LFFC可以与下一代、智能“Lego”系统耦合，由此将安装成本减小约50％并且利用了本地水基或制冷剂基的加热及冷却的能量节省。
在另一示例中，LFFC可以用在风机盘管和小AHU中。由于其紧凑的占用面积，风机盘管利用通过盘管、过滤器等的高的压降。结合LFFC允许以各种几何形状和尺寸混合和匹配附属部件。这可以减小空间需求、压降，并且同时给各个区域提供优异的住户舒适性，精确地按每一个区域的设置点。另外，由于同一组合可以应用于多个竖直通道，所以可以简化产品组合。在另一方面，LFFC可以提供替换水平风机盘管的新装置。
在又一示例中，LFFC可以提供新的风门，原因是与目前的风门技术相比，LFFC具有较低的压降且以基本上较低的成本改善了空气流测量。理解的是，对于LFFC可以采用各种简化的风机设计以允许LFFC支持各种应用，例如密封的屋顶单元、变制冷剂流(“VRF”)应用、空气处理单元(“AHU”)等。LFFC还可以用在节约装置和/或高湿度应用。另外，LFFC可以结合到智能自平衡空气分配(“SBAD”)装置中，SBAD装置可以采用无线技术且与设备控制器直接通信。在SBAD装置中结合LFFC还可以得到与压力无关、压力相关、或混合的装置。在又一示例中，LFFC可以通过用于馈送多个区域且减小设备负载需求的多个出口增压设计而被结合至住宅市场。
高量程LFFC使其可以更精确地测量空气和水的体积以确保符合新鲜空气标准，而不破坏能量库。改善LFFC操作的关键是高量程比。仅通过示例的方式，当前装置在10-1的量程比下操作。通过设计和/或解锁与LFFC的功能相关的软件码，LFFC可以在可以增加至100-1或200-1或更高的量程比下操作。来自终端的可靠的低流量数据使得中央风机和泵通过在最需要的终端装置处供给需要而非通过供给管道中的浪费能量的固定压力来控制。超压的耗散是造成终端装置中过多噪声生成的原因。此外，较高的量程比导致简化的产品组合和/或将若干产品组合合并至一个产品组合。这导致减小的制造成本、安装成本和建筑的较低的寿命循环成本。
仅通过示例的方式，高量程比使得LFFC在较早的期限更容易地运输至工作地点。高量程允许一个零件数量，其使得运输产品更早且降低完成建筑的时间。根据一些实施例，LFFC可以提供普遍适用于许多HVAC设计的单个方法，而非对每个操作范围有一个设计。在今日的快节奏建造商业中，装运时间是建造循环计划和规划的主要因素。通过减小产品变数的数量和/或使得一个产品覆盖更加大的动态操作范围，建筑师和工程师被解放以聚焦于整体方案和设计细节。结合LFFC允许在建造循环中推迟装运，而无需处理关于在建筑拥有者作出所有的最新改变之后空气运动和/或水控制设备是否将工作的难题。
在另一示例中，高量程LFFC使得LFFC和任意附属部件能够具有较低的压降，这进一步降低了风机马力和能耗。在实践中，这可以有助于实现变频驱动(“VFD”)的优化性能。LFFC还有利于较低的冷凝水温度，这导致利用冷凝锅炉、热回收等的节能。在另一方面，LFFC使得热再加热温度减低至95°F-105°F(34℃-40℃)，具有较高的δ温度和减小的GPM(加仑每分钟)或LPM(升每分钟)。在该情况下，泵马力可以减小并且可以实现热回收、热泵冷却器、冷凝锅炉的有效利用和优化的区域可控性。在又一方面，LFFC提供了高的量程并且促进了流量测量以用于本地冷却水盘管优化设计或性能。
注意，本文中所述的LFFC空气阀或风门可以以无数几何形状/尺寸、各种材料，利用若干空气流传感器和致动器来建造/设计。风门可以以各种几何角度和各种风门组件和连接来安装。装置可以被设计和制造成具有无数量程比和大量致动器/控制器选项。此外，存在若干风门设计变型，例如用于独立风门的更传导的设计以及设备例如大型空气调节器和密封屋顶单元。
如此，理解的是，在本文中公开的LFFC提供了至少下述：1)精确、便宜且具有优异声学效果和较少能量的测量和调节高体积以及非常低体积的空气和/或流体流；2)高调节比装置，其允许在较低速度下使用、显著减小了噪声生成且不需要消声线例如纤维玻璃和双壁；3)高可调范围装置，其通过将若干产品零件数量组合成更小数量的供给品来实现简化的产品组合；4)便宜装置，其使得设备缩减至100-1或更高，而非10-1，这导致节能、较少的产品变数，更简单且更稳固的应用设计；5)提供更好的流体、空气体积和水温控制的装置，同时保存更多能量、采用基本更简单的设计且满足所有新旧建筑的新鲜空气，舒适性和能量守则；6)可以在没有复杂软件程序的情况下建造、选择和按规定尺寸制造的装置。
LFFC的组成部分
现在转到图1，示出了流装置或LFFC 100的一个实施例。一般地，LFFC 100包括通过一个或更多个旋转轴与致动器组件104工作上连接的风门组件102。风门组件102适于被定位在管道的流体流动路径内。风门组件102用作孔板，该孔板用于限定可变开口106以用于通过可变开口106接纳流体流来对各种类型的空气、气体流体流和液体流体流进行测量和控制。在特定方面，风门组件102允许对通过常规技术不可测量或不可控制的非常低的流量进行测量和控制。仅通过示例的方式，这种流量可以是11立方英尺每分钟(CFM)或更低。此外，LFFC 100可以是用于测量和控制流体流的独立装置。
如图1所示，风门组件102是两级组件，其包括具有中央开口110的外风门108和延伸穿过中央开口110的内风门112。外风门108和内风门112通常是绕公共旋转轴线R相对于彼此旋转以改变可变开口106的开口大小或可变开口面积A0的薄的、平的旋转板。特别地，风门组件102由外风门108和内风门112相对于彼此的位置来限定可变开口面积A0。这样的定位可以包括风门108、风门112之间限定的不同角度或偏移距离。以此方式，可变开口面积A0可以是风门组件102中的其中流体流过的一个或更多个孔的总和。例如，图1示出了由风门组件102限定的有助于总的可变开口面积A0的两个通道A1和A2。在另一方面，可变开口106包括多个平行布置的附加开口。
由致动器组件104通过一个或更多个轴来驱动风门组件102的旋转。在图1的实施例中，设置有两个旋转轴，其中一个轴对应于两个风门108、风门112中的每个风门。中空外轴114沿着旋转轴线R从外风门108延伸至致动器组件104。内轴116沿着相同的旋转轴线R从内风门112并且穿过中空外轴114延伸。内轴116可以是实心的或空心的并且与致动器组件104工作上连通。外轴114和内轴116由致动器组件104驱动以相对于彼此旋转进而改变用于测量和控制各种类型的流体流的可变开口面积A0。可以预计，风门组件102和/或轴114、轴116可以由各种材料形成，所述材料包括碳纤维、316钢、注塑成型元件和其他材料或其组合。可以根据流动路径的大小或限定流动路径的截面管道面积A0来设置风门108、风门112的大小。在一个方面，内风门112的大小被设置为与外风门108的中央开口110对应。仅通过示例的方式，外风门108的直径为约10英寸，而嵌套内风门的直径为约3.5英寸。
如图1所示，外风门108是圆形或环形的，以及内风门112是圆形的非穿孔实心盘。外风门108和内风门112嵌套在一起。应注意，可以设置其他的几何形状和构造，如图2A至图2D所示。例如，图2A示出了三级风门组件102a，三级风门组件102a包括外风门108a、内风门112a和嵌套在外风门108a与内风门112a之间的中间风门118。三个风门108a、风门112a和风门118绕公共旋转轴线R相对于彼此和/或独立地旋转，和/或被独立地驱动。中间风门118是类似于外风门108的环形以使得中间风门118对穿过其接纳内风门112a的附加开口120进行限定。可以预计，任何风门108a、风门112a、风门118可以被设置并且可以是任何几何形状。可以预计单级、四级、五级以及n级风门组件。可以根据对风门组件102a在控制特定类型的流体流方面的优化来选择数量和形状。
此外，可以预计，可以以如图1和图2A所示的嵌套组件的方式设置任何数量的风门板或者以彼此偏移的方式设置任何数量的风门板以使得附加风门并排向下布置在流动路径。例如，风门组件102a可以包括内风门，该内风门包括多个嵌套风门，其中多个嵌套风门中至少一个嵌套风门包括附加开口。在另一方面，风门组件102a可以对穿过流动路径的一个或更多个相邻风门之间的偏移距离进行限定。可以预计，多个风门中的每个风门工作上连接到轴，其进一步连接到致动器组件，如图1中的致动器组件104。如总体上由图2A所指示的，轴可以包括同心嵌套的空心轴和实心轴以形成轴组件122。以此方式，多个风门中的每个风门能够相对于彼此旋转。在另一方面，总的可变开口面积A由风门组件102a中的流体流经的孔的总面积限定。如图2A所示，总的可变开口面积A0包括四个通路A3、A4、A5和A6。
图2B示出了类似于三级风门组件102a但是具有矩形外风门108b的风门组件102b。可以以任何形状来形成外风门108b。在示例性实施例中，外风门108b的形状被设置为与由管道或围绕外风门108b的壳体所限定的流动路径的形状对应。仅通过示例的方式，如图2C至图2D进一步示出的，可以预计各种其他几何形状。图2C示出了具有形状为三角形的或梯形的中央开口110c的外风门108c。内风门112c被限定为相应三角形或梯形形状。图2D示出了具有为菱形的中央开口110d的外风门108d以及为相应菱形的内风门112d。任何内风门、中间风门和外风门可以限定形状的任意组合，例如形状为大致圆形、三角形、菱形、梯形、矩形、椭圆形和圆环形。在另一方面，风门可以是对称的、非对称的和/或不规则形状的。
此外，在另一方面，风门组件102是嵌套在另一蝶形风门内的蝶形风门(嵌套在外风门108内的内风门112)。可变开口106被限定在外风门108与限定流动路径的表面之间，以及蝶形风门之间。可变开口是使得能够在很宽的流量范围上具有可测性和可控性的可控开口。可以预计，可控开口是基本上圆形的或矩形的。在又一方面，可控开口是滑动开口或闸式开口。例如，主风门是滑动或闸式风门200。如图2E所示，闸式风门200可以包括具有槽的多个长的平行对称的翼204以容纳包括多个长而窄的平行槽的可移动平板中的实心条202。板滑动以使得实心条202在翼内侧(或者回收舱)处于完全打开的位置，并且几乎全部出来处于完全闭合的位置密封路径。
在闸式风门的另一实施例中，上游半圆柱体206可以附接至可动板或与可动板为一体，以使得该半圆柱体滑动。在另一实施例中，可以预计，壁处的四分之一圆柱体并不滑动。
回到图1，示出了包括第一致动器124和第二致动器126的致动器组件104。第一致动器124和第二致动器126通过堆叠支架128共线地联动在一起，堆叠支架128包括通过四根杆134固定在一起的第一搁架130和第二搁架132，由此每个搁架130、搁架132适于接纳每个致动器124、致动器126。致动器124、致动器126可以从堆叠支架128移除。在另一个实施例中，致动器124、致动器126不联动在一起或不共线并且被分开布置。可以预计，对于LFFC100和/或堆叠支架128可以设置任何数量的致动器和/或相应数量的搁架。在一些实施例中，风门组件中的每个风门设置有一个致动器以独立地旋转风门。例如，第一致动器124可以工作上耦接到中空外轴114以及第二致动器126可以与内轴116耦接。
现在转到图3A，在一些实施例中，致动器组件104包括与提供双重同心输出以使外风门108和内风门112相对于彼此旋转的单齿轮136连通的单致动器。在这种情况下，单齿轮136限定用于与内轴116耦接的内轨道138以及与外轴114工作上耦接的外轨道140。更特别地，图3B示出了与单齿轮136一起使用的轴组件142。轴组件142包括中空外轴144以及延伸穿过中空外轴144的实心内轴146。垂直腿部148a和钉150a从外轴144在轴组件142的远离风门108、风门112的端部处延伸。类似地，垂直腿部148b和钉150b从内轴146延伸。当单齿轮136通过致动器组件104的所附接的致动器旋转时，钉150a、钉150b适于分别沿着外轨道140和内轨道138运动。如图3A所示，单齿轮136包括齿边缘152，齿边缘152直接与致动器相互作用和/或如图4所示通过小齿轮154与致动器相互作用。以此方式，致动器组件104提供凸轮从动件以从单致动器驱动同心轴144、同心轴146。
参照图4的示意图，外风门108和内风门112附接到由致动器组件104驱动的齿轮箱156，致动器组件104可以包括一个或更多个致动器。齿轮箱156可以包含任何数量的齿轮以使风门组件102会有适当的旋转。在图4所示的特定实施例中，齿轮箱156包括小齿轮154、适于接纳被连接到外风门108的外轴114的外风门齿轮158、适于接纳内风门112的内轴116的内风门齿轮160以及致动器齿轮162。可以预计，致动器组件104适于接纳内轴116的远端以驱动内风门112。可以进一步预计，致动器组件104驱动小齿轮154，其进而旋转被连接到外轴114的外风门齿轮158，并且随后旋转外风门108。以此方式，外风门108和内风门112可以通过致动器组件104的单致动器沿着旋转轴线R相对于彼此旋转。
在不同方面，齿轮箱156可以包括使得固定和旋转齿轮能够同时共存的复合非同心驱动齿轮和从动齿轮。在特定方面，复合齿轮可以包括与部分盘联动的部分齿轮，该部分盘锁定与从动部分齿齿轮联动的凹表面以当其他轴/齿轮旋转时防止旋转。在示例性实施例中，从动轴每旋转90度，传动轴可以旋转360度，以及非旋转轴固定保持在各驱动级。复合从动齿轮的直径是复合驱动齿轮的直径的两倍。此外，可以使用离合器和制动器来替代或附加到部分齿齿轮。
仍参照图4，在又一实施例中，一般地，致动器组件104、齿轮箱156、风门组件102和/或LFFC 100与辅助装置164如机电装置或气动装置工作上连通。仅通过示例的方式，LFFC 100系统或部件与另一空气分配装置连通操作。这样的装置可以是风机供电装置、空气处理器、冷却梁、VAV扩散器、单元通风器、防光风门、防火风门或防烟风门、控制风门和预管道循环加热系统。甚至进一步，辅助装置164可以包括其他控制装置、传感器、固件、软件、算法、空气移动装置、流体移动装置、马达和变频驱动(“VFD”)。此外，LFFC 100可以与下述连通或者配备有下述以转动附加同心管、风门、阀或杆来优化气流测量性能：附加联动装置、齿轮或特殊致动器。LFFC 100还可以与安装在装置的其中管道沿截面方向较大的上游的至少一个热传递单元结合，从而增大传热面并且允许选自构成下述组的构件中至少之一：降低空气压降、降低水压降、局部加热和冷却、重置冷却器、重置锅炉和降低的泵马力。
仍然参照图4，在不同方面，LFFC 100还可以配备有辅助装置164或与辅助装置164连通，辅助装置164是内置的占用传感器，其中传感器选自下述：红外传感器、运动传感器、超声波传感器、温度传感器以及湿度传感器。如果室内由人、宠物、活动等占据，则内置占用传感器可以进行检测以调节流至其的气流量。例如，如果室内被检测为空闲，则LFFC 100可以不允许向室内的气流。
在又一实施例中，致动器组件104还与智能装置166联合使用或者通信。智能装置166可以是本地的或者远离致动器组件104。通信可以是与对致动器组件104进行操作的远程控制器的无线通信。在另一方面，智能装置166包括用于流量测量、孔口计量和/或致动器计量的算法，并且还根据通过一个或多个算法获得的结果来控制致动器组件104。在又一方面，可以预计，致动器组件104从第一致动器124和第二致动器126中至少之一向控制器输出反馈如位置反馈。
现在转向图5A至图5C，示出了被安装至壳体168的LFFC 100。壳体168可以是任何形状，如如图所示的圆柱形、管形、矩形等。1.在特定方面，流动路径由中空内表面170和相对外表面172限定，中空内表面170被构造成在其中可移除地接纳风门组件102，相对外表面172被构造成在其上可移除地安装致动器组件104。更特别地，致动器组件104和/或堆叠支架128可移除地固定至安装支架174，安装支架174与壳体168的外表面172可移除地接合。安装支架174可以被构造成环绕壳体168的一部分。以此方式，安装支架174的形状被设置为壳体168的几何形状和测量结果。
如图5A至图5C中进一步示出的，壳体168可以包括在上游端178和/或下游端180的安装凸缘176。安装凸缘176可以具有用于接纳固定机构如螺钉的多个孔182以将壳体168进一步固定至管道如HVAC系统的管道。在这种情况下，风门组件102或孔板的下游流体流可以被直接排放到室内的环境空间中。在另一方面，如图5B所示，壳体168包括门或板184。门184覆盖壳体中的开口以允许有权进入风门组件102以进行零件的维修、清洗和更换。
如图5B所示，通过壳体168限定流动路径管道的内表面170可以包括被构造成压缩和密封外风门108的垫片186如环状可压缩密封件。可选地或可替换地，垫片186可以被嵌入在外风门108和内风门112中至少之一上如在内风门和外风门交叠的区域中或者外风门108的外周缘。返回参照图1，交叠区域可以包括内风门112的外周188和外风门108的限定中央开口110的边缘。在另一实施例中，垫片186可以设置在空气阀停止件如当风门完全关闭时开放的风门区域之上的提供紧密正压密封的金属环上。
现在转到图6A至图6B，壳体168可以形成用于限定流动路径的收缩部196的文丘里阀194。风门组件102可以设置在收缩部196中。在一个实施例中，可以预计，多个不同大小的文丘里阀一起串联联动在风门组件102的上游以模拟多个可变文丘里管流量测量。在又一实施例中，可以预计，壳体是具有两个或更多个不同大小的内风门和外风门的双管道壳体以仿制双级风门。在另一实施例中，壳体168还限定风门组件102的下游的回收部如泪滴舱204(参见图2E和图2F)，以根据速度增加的文丘里管或对舱的上游流体流的伯努利效应减少损失。在又一实施例中，LFFC 100与5度至180度的对称弯管结合，所述弯管限定风门组件102的上游或下游流动路径的至少一部分，其中所述弯管或成角度的壁突出到流动路径中以使装置适于紧凑空间限制。例如，LFFC 100可以安装有使用先进流体动力学的45度或90度弯管并且对于紧凑空间限制可旋转360度。可以预计，空气动力增强这样的弯管以在有限空间限制下消除任何HVAC系统的影响以及优化LFFC性能。
然而，在其他实施例中，流装置可以被容置在下述中或者与下述连通：无线或硬连线变风量(“VAV”)扩散器、格栅式扩散器和/或线性扩散器。在另一方面实施例中，具有LFFC100的HVAC扩散器或LFFC 100本身还包括全包式灯如与LFFC 100集成和/或在LFFC 100上的照明装置以点亮周围室内或其他环境。全包式灯和/或HVAC扩散器可以由一个机载控制器来控制，如下面描述的LFFC控制器。仅通过示例的方式，全包式灯可以是一个或更多个LED灯。
返回参照图5C，下游传感器250如下游抽头、皮托管或电子换能器可以放置在流动路径的流动尾流或静止空气部分。在又一实施例中，可以预计，风门组件102的轴，如外轴114或内轴116提供或用作上游和/或下游流量测量装置或传感器。在一些实施例中，可以预计，下游或第二传感器250对流体流的静压力进行测量。然而，可以预计，下游传感器可以对流体流的任何总压力或静压力进行测量。
现在转到图7A至图7D，示出了布置在具有上游和下游传感器的不同壳体或管道中的风门组件102。在一个方面，壳体或管道可以是现有壳体或管道以及风门组件102和/或LFFC 100被改造安装在现有结构中。图7A至图7C示出了在其中设置有两级风门组件102的圆形、圆柱形管252。外轴114和内轴116可以延伸出管道252到致动器组件104(未示出)。下游传感器250设置在圆柱形管道252与轴114、轴116相邻的下游端180。如上所述，轴114、轴116可以附接至下游传感器250和/或提供下游压力感测。在一些方面，下游传感器250被称为第二传感器。第一或上游传感器254位于流动路径中的上游端178。可以预计，第一传感器254和第二传感器250一起用来分别测量第一压力和第二压力以获得压差。上游传感器254可以测量流体流的总压力或静压力。在一些实施例中，可以预计，第一传感器254或第二传感器250提供放大率大于2.7或3的流体流测量。传感器254、传感器250可以是皮托管、可调节电子换能器、压力感测装置和/或热线式风速仪。
仍参照图7C，在又一实施例中，孔口环256安装在风门组件102的上游以给予从其中可以抽出总压力的上游停滞圈。对于圆形管道252，孔口环256可以包括具有限定面积AOP的开口直径的孔板，由此AOP/Ad接近于0.8或0.9。在另一方面，垫片186可以安装在圆柱形管道252上和/或风门组件102中。此外，在另一方面，可以预计，具有相同或不同级的多个风门组件可以通过流动路径串联安装在上游或下游。在这种情况下，基于多个风门组件的上游获得的第一压力测量结果和风门组件的下游获得的第二压力测量结果来确定压差。
图7D示出了矩形管道258，由此，风门组件102的形状被设置为适合矩形管道258。更特别地，矩形外风门108r对接纳内风门112的中央开口110进行限定。可以预计，为了用于测量和控制流体流或质量流体体积，由风门组件102限定的孔板增大流体流的压力。例如，孔板限定可变开口106。对于更准确的测量，为了增加动压或恢复动压，可变开口106将流体流分成多个流。仅通过示例的方式，10英寸的圆形LFFC 100能够准确地测量低至约5FPM。在不同的方面，LFFC 100与管道或将流体流分成多个流的腔如Y形管道工作上连通。
在另一方面，LFFC 100可以被配置为具有两个或更多个流体装置组件的多个出口腔，其中，多个出口腔使用选自下述构成的组的至少构件允许多个室内或区域的同时多个准确室内或区域控制：单个自包含BTUH产生装置、多热传递装置、空气对空气HVAC系统以及基于流体的系统。仅通过示例的方式，BTUH产生装置将热能传递到受控的室内或区域。可以在2011年3月28日提交的题为“MODULAR BUILDING UTILITIES SYSTEMS AND METHODS”的美国专利申请号第13/073,809中找到一个BTUH装置，其全部内容通过引用并入本文。
LFFC控制器
现在转到图8，LFFC 100可以与为本地的、机载的或远离LFFC 100的硬连线或无线控制器300进行工作上通信。控制器300包括处理器302和存储器304，存储器304与处理器302通信地耦接并且由处理器302可读，以及在存储器304中存储有处理器可读指令，当由处理器302执行处理器可读指令时，使处理器302执行一个或更多个步骤。可以预计，处理器可读指令针对控制器的最佳性能、声学和能源以及受控风门组件被编程。在不同方面，处理器可读指令包括基于计算通过孔口的流体的算法。该算法可以是基于孔口计量装置、流体感测元件、致动器转化以及换能器中至少一个。
在一些实施例中，控制器300是与多个室内区域中的多个室内传感器306进行通信以控制所述多个室内区域的单个微电子控制器。在一些实施例中，可以预计，控制器300操作LFFC 100以使得HVAC系统符合通行能源代码如ASHRAE标准55-2010、ASHRAE标准62.1-2010、ASHRAE标准90.1-2010、ASHRAE标准62.2-2010以及ASHRAE标准90.1-2010中的一个或更多个。
例如，控制器300可以基于由第一传感器254获得的第一压力测量结果和/或由在第一传感器254的下游的第二传感器250获得的第二压力测量结果来确定压差。此外，控制器300可以基于从致动器组件104接纳的位置反馈确定外风门108和内风门112的位置。此外，控制器300基于压差以及外风门108和内风门112的位置调节或控制可变开口106。在一些实施例中，控制器300基于流率确定风门组件102的新的位置设置，如风门的新的旋转角度。在此之后，控制器300可以向致动器组件104发信号以将风门组件102调节到新的位置。在其他实施例中，控制器部分基于由流体流通过可变开口106的最大体积与可控的流体流通过可变开口106的最小体积所限定的量程比来调节可变开口106，其中，量程比是大于10：1的高量程比。更优选地，量程比大于100：1或250：1，在高量程比的情况下，LFFC 100可以是自调试的。
在一些方面，在不需要通常的例如通过专业平衡器进行现场调试的情况下，自调试使得LFFC能够测量系统内的流体流并且在所需的任何流量范围内准确地设定风门的位置如风门的极限位置。此外，可以预计，自调试允许LFFC根据从到LFFC控制器的网络连接发送的指令当场对任何调试前的设定如最小流量和最大流量进行调节。例如，工程师可以通过自己的移动电话指令LFFC控制器进行复位设置。
然而，在另一实施例中，控制器300基于可变开口面积A0与可以为管道面积Ad的流动路径面积之比的平方来确定放大系数MF。可以预计，文中讨论的放大系数MF因此是非恒定变量并且0≥MF≤1。放大系数MF可以是基于外风门108和内风门112的位置和/或基于包括先前根据测试确定的多个放大系数MF的计算或查找表如经验数据来确定。在又一方面，可以预计，控制器300基于可变开口面积A0的对称性自动计算放大系数MF。以10：1或更大的量程比来计算放大系数MF。
在特定方面，可以针对每个基于LFFC的配置提供被测流量系数与百分比开口的表，并且将表存储在控制器300的存储器304中。表尤其基于所使用的上游传感器254。可以预计，如果强制具有显著滞后现象的致动器，则除非滞后现象是均匀且可预测的，否则没有可以使用的单表，所以可以基于历史数据如从实验室试验收集的数据来计算实际的风门位置。替换地，用于计算放大系数MF系数的理论公式由控制器提供且实施。该理论公式可以包括流量和流量系数方程：
对于结合上游总压力传感器的放大系数MF，或者
对于结合上游静态压力传感器使用的放大系数MF。
在另一方面，控制器300可以通过计算或查找表基于压差和放大系数MF来确定流量。可以基于放大系数MF与所确定的压差的平方根的乘积来确定流速，然后校准流速以读取期望工程单位的质量流体流。在不同方面，控制器300还基于流量系数确定流速，流量系数施加到最大流体流以确定校准中使用的最大流速，此外，其中流量系数是恒定系数。控制器还可以比较流速与基于所需温度设定的目标流量F和/或基于比较对致动器组件进行操作以维持或改变由风门组件102所限定的可变开口面积A0。目标流量F可以是存储在存储器304中的多个目标流量F之一，或者基于来自用户或其他无线/硬连线系统的输入传送到控制器300。
仍然参照图8，在又一实施例中，控制器300向外部控制器或另一控制器308输出压差、可变开口面积A0、放大系数MF和流速中的至少一个。控制器300或控制器308可以是基于云的控制计算和无线控制部件。在另一方面，控制器300还由BAS系统的BAS软件监测和控制，BAS系统的BAS软件可以表示为其他控制器308。例如，控制器300根据前端软件建筑自动化系统(BAS)实时平衡风门组件102。这样的实时平衡数据显示在前端软件BAS系统、安装在自包含压缩机上的控制器、流体移动装置和室内空气排出装置以使得移动装置被控制并且与另一个设备控制器对接。在另一方面，控制器300提供与风门组件102工作上连通的流体移动设备的实时调节能力。
再次参照图8，控制器300可以将流速输出至向流装置、LFFC 100供给流体流的中央系统处的中央控制器310。控制器300还可以将压差输出到中央控制器310来控制中央系统的变频驱动器或逆变器，如位于风门组件102的下游或上游的气流移动装置。更特别地，控制器300可以基于压差对气流移动装置的马达进行操作。在一些实施例中，气流移动装置包括一个或更多个风机。在另一方面，控制器300可以向中央系统的中央控制器310告知已经达到控制范围的限制，例如，风门组件102几乎是敞开的，和/或风门组件102超出控制范围，例如，风门组件102是敞开的。
仍参照图8，中央控制器310可以是在HVAC系统中使用的中央控制系统。中央控制器310可以包括中央处理器312和中央存储器314，中央存储器314与中央处理器312通信地耦接并且由中央处理器312可读，以及在中央存储器314中存储有处理器可读指令，当由中央312处理器执行处理器可读指令时，使中央处理器312执行多个步骤。仅通过示例的方式，中央控制器310可以从总体上由300a至300f指示的多个流量控制器接收数据和向总体上由300a至300f指示的多个流量控制器发送数据。多个流量控制器300a至300f中的每个流量控制器可以对位于远离中央控制器310的流量装置如LFC 100进行操作。由中央控制器310接收到的数据可以包括在多个流量控制器300a至300f中的每个流量控制器处测量的压差、由每个流装置提供的流动路径的可变开口面积、基于多个流装置中的每个流装置处的可变开口面积与流动路径面积之比的平方的放大系数MF以及基于压差和放大系数MF的流速中的一个或更多个，其中，放大系数MF是非常数系数并且0≥MF≤1。
此外，中央控制器310可以向多个流量控制器300a至300f中的每个流量控制器单独地发送操作参数。中央控制器310还可以基于所接收的数据调节到多个流装置的至少一部分的供应流体流的体积。此外，可以预计，中央系统可以进行操作以使得始终至少一个LFFC 100向其报告达到控制范围的极限，以及没有LFFC 100报告超出控制范围。如果LFFC100报告超出控制范围，则中央系统可以增大风机的输出。如果没有LFFC 100是处于控制范围极限或超出控制范围，则中央系统可以羽状动摇返回流体流供给。在不同方面，如果在启动时，中央系统进行LFFC 100敞开操作以及多个LFFC 100报告操作超出控制范围，则中央系统可以被预编程以暂时复位所选择的不太重要的传递区/室以接纳较小部分的总供给流量。例如，预编程可以包括暂时重置某些偏远的温度设定点。这种正常的设定点可以逐步恢复直到没有远程LFFC 100报告超出操作范围以及至少一个LFFC 100报告在控制范围的极限处进行操作为止。正常设定点可以恢复以及供给流量可以由风机进行控制。在另一方面，中央控制器310可以被编程以羽状动摇返回不期望被占用的室内或区域以及/或者期望被占用的预定的某些室内。
现在转到图9，示出了用于对通过限定截面面积Ad的管道的流体流进行控制的方法400。该方法包括在管道中设置402控制元件的步骤，从而控制元件对放大流体流通过控制元件的动压的可变开口面积A0进行限定。控制元件可以指上述的风门组件102。在一些实施例中，控制元件是薄刀片控制元件以及测量刀片两端的压差ΔP以增强读数。该方法还包括测量404控制元件两端的压差ΔP，基于A0/Ad的比率的平方确定406放大系数MF，并且基于放大系数MF、管道面积Ad以及压差ΔΡ的平方根的乘积来确定408流速Q。此外，该方法可以包括比较410流速Q和预定目标流量F以确定412是否Q＝F。如果Q＝F，则该方法包括维持414控制元件的限定可变开口面积A0的设置的步骤。如果Q≠F，则该方法包括将控制元件的设置调节416为限定可变开口面积A0的新的设置、向中央系统的中央控制器通知418给控制元件提供流体流以增大或减小流体流、和/或基于压差ΔΡ对设置在控制元件的上游或下游的风机的速度进行操作420中至少一个步骤。在不同方面，中央控制器是将流体流添加到受控室内或区域和/或实验室中以及/或者从受控室内或区域和/或实验室中离开的中央区域或室内控制器。以此方式，两个LFFC 100装置(和/或LFFC 100装置各自的控制器)可以配对，设置“进”装置和“出”装置以提供CFM追踪的追踪对。在另一方面，单个控制器可以控制器一个或更多个LFFC 100装置。
在另一方面，该方法可以包括检查预定目标流量F是否已改变和/或向致动器发信号将控制元件调节为新的设置的步骤。此外，该方法可以包括以下一个或更多个步骤：在流动路径中串联或并联设置多个控制元件、测量多个控制元件两端的压差ΔP、以及基于在多个控制元件的最下游的控制元件的可变开口面积A0确定放大系数MF。在另一实施例中，该方法包括增强或放大所测量的控制元件两端的压差ΔP并且基于所增强或放大的压差ΔP连同放大系数计算流速Q以实现精确的流速Q的步骤。
现在转到图10A，LFFC 100可以与智能自平衡空气分布(SBAD)可调扩散器500进行工作上通信或者被容置在智能自平衡空气分布(SBAD)可调扩散器500中。扩散器500可具有温度传感器502，如恒温器。扩散器500还可以包括工作上附接到驱动螺杆506的马达504，驱动螺杆506还与饰板扩散器体508和可调扩散器510工作上连接。特别地，可调扩散器可以设置用于在其中接纳驱动螺杆506的端部的凹槽512。可以预计，扩散器500被插入到管道系统514的导子，以使得马达504和驱动螺杆506被容纳在管道系统514中。饰板扩散器体508和可调扩散器510从管道系统514延伸出来并且可以延伸到室内。在操作中，可以预计，马达504朝向和/或远离饰板扩散器体508移动可调节扩散器510以控制从管道系统514通过饰板扩散器体508并且输出到可调节扩散器510周围的气流的量。例如，马达504可以由温度传感器502所感测的温度调节。
现在转到图10B，示出了机动化SBAD扩散器550。除了文中提到的区别以外，扩散器550类似于扩散器500。特别地，机动化扩散器550包括饰板体552、可调扩散器554和布置在饰板体552与可调扩散器554之间的中间扩散器556。可调扩散器554和/或中间扩散器556适于朝向彼此或远离彼此移动，和/或从饰板体552移动。运动可以由连接到扩散器部件552、扩散器部件554、扩散器部件556的驱动螺杆558的竖直运动来实现。特别地，具有齿环562的马达560可以接合被设置在驱动螺杆558上的对应的齿555。在特定方面，中间扩散器556设置中间开口564，中间开口564的大小可以被设置成与可调扩散器554的几何形状和大小对应，使得可调扩散器554可以延伸或与开口564交叠。如图10B所示，饰板体552、可调扩散器554和中间扩散器556是矩形的，尽管饰板体552、可调扩散器554和中间扩散器556可以预计是任何形状和大小或其组合。
现在转到图10C，示出了SBAD扩散器风门组件600。除了文中提到的区别以外，扩散器风门组件600类似于上述的机动化SBAD扩散器550和扩散器500。扩散器风门组件600包括饰板体602、外风门604和内风门606。在特定方面，外风门604是具有中央限定的风门开口608的环形。中央开口608可以是圆形的或者其他形状以及中央开口608的形状被设置为对应于内风门606的几何形状，如图10C所示内风门606也是圆形。驱动轴610通过沿着驱动轴610设置的与马达612的齿环616接合的齿列614与马达612工作上连通。在特定方面，马达612旋转以线性方式移动驱动轴610，使得外风门604和/或内风门606朝向或远离饰板体602移动。
图11示出了根据本公开的示例计算机系统或装置800如控制器300。计算机系统或装置的示例包括企业服务器、刀片服务器、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、个人数据助理、智能电话和/或被配置成用于执行计算的任何其他类型的机器。先前描述的计算装置中的任何特定一个可以完全或至少部分地配置成显示类似于计算机系统800如至少图8的任何相应元件的功能。以此方式，至少图8的任何一个或更多个相应元件可以被配置为执行和/或包括当被执行时执行图9的方法的指令和/或文中所公开的其他指令。此外，至少图8的任何一个或更多个相应元件可以被配置为执行和/或包括当被执行时例示和执行控制器300、其他控制器308和/或中央控制器310的功能的指令。
示出了计算机装置800包括可以经由总线802电耦接(或者根据需要可以以其他方式进行通信)的硬件元件。硬件元件可以包括具有一个或更多个处理器804的处理单元，包括但不限于：一个或更多个通用处理器和/或一个或更多个专用处理器(如数字信号处理芯片、图形加速处理器等)；一个或更多个输入装置806，可以包括但不限于：遥控器、鼠标、键盘等；以及一个或更多个输出装置808，可以包括但不限于：呈现装置(例如，控制器屏幕)、打印机等。
计算机系统800还可以包括(和/或通信)一个或更多个非暂时性存储装置810，可以包括但不限于：局部和/或网络可访问存储器，和/或可以包括但不不限于：磁盘驱动器、驱动器阵列、光学存储装置、固态存储装置如随机存取存储器和/或只读存储器，其可以是可编程的、闪存可更新的等。这样的存储装置可以被配置成实现任何合适的数据存储，包括但不限于：各种文件系统、数据库结构等。
计算机装置800还可以包括通信子系统812，可以包括但不限于：调制解调器、网卡(无线和/或有线)、红外通信装置、无线通信装置和/或芯片组如蓝牙装置、802.11装置、WiFi装置、WiMax装置、蜂窝通信装置如GSM(全球移动通信系统)、W-CDMA(宽带码分多址)、LTE(长期演进)等等。通信子系统812可以准许与网络(例如，仅举一个示例，与下述的网络)、其他计算机系统、控制器，和/或文中描述的任何其他装置进行数据交换。在许多实施例中，计算机系统800还可以包括工作存储器814，其可以包括随机存取存储器和/或只读存储器装置，如上所述。
计算机装置800还可以包括软件元件，如示出的当前位于工作存储器814内，包括操作系统816、设备驱动器、可执行文件库和/或其他代码如一个或更多个应用程序818，软件元件可以包括通过各种实施例提供的计算机程序，和/或软件元件可以被设计为实现方法和/或配置通过如文中所述的其他实施例提供的系统。通过举例的方式，所描述的关于上面所讨论的一个或多个方法的一个或更多个程序和/或系统部件可以被实施为由计算机(和/或计算机内的处理器)可执行的代码和/或指令；在一个方面，然后，这样的代码和/或指令可被用于配置和/或适配通用计算机(或其他装置)以根据所描述的方法执行一个或更多个操作。
一组这些指令和/或代码可以被存储在非暂时性计算机可读存储介质如上述的一个或多个存储装置810上。在一些情况下，存储介质可以并入到计算机系统如计算机系统800内。在其他实施例中，存储介质可以与计算机系统(例如，可移除介质如闪速存储器)分开，和/或以安装包形式提供，以使得存储介质可以用于编程、配置和/或适配在其上存储有指令/代码的通用计算机。这些指令可以采用可执行代码的形式，这些指令可由计算机装置800执行和/或可以采取源和/或可安装的代码形式，其中，当这些指令编译和/或安装在计算机系统800(例如，使用任何各种一般可用编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等)上时，采用可执行代码的形式。
明显地，根据具体要求可以进行相当大的变化。例如，还可以使用定制的硬件，和/或可以以硬件、软件(包括可移植软件如小应用程序等)或两者来实现特定元件。此外，可以使用至其他计算装置如网络输入/输出装置的连接。
如上所述，在一个方面，一些实施例可以采用计算机系统(如计算机装置800)以执行根据本公开的各种实施例的方法。根据一组实施例，由计算机系统800响应于处理器804执行被包含在工作存储器814中的一个或更多个序列的一个或更多个指令(其可以并入到操作系统816和/或其他代码如应用程序818中)来执行这些方法的一些或所有程序。这样的指令可以从另一计算机可读介质读取到工作存储器814如一个或多个存储装置810中的一个或更多个存储装置中。仅仅以举例的方式，包含在工作存储器81中的序列指令的执行可以使一个或多个处理器804执行文中所描述的方法的一个或更多个程序。
如文中所使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”可以指参与提供使机器以特定方式进行操作的数据的任何非暂时性介质。在使用计算机装置800实施的实施例中，各种计算机可读介质可以涉及给一个或多个处理器804提供用于执行的指令/代码，和/或可以用来存储和/或携带这样的指令/代码。在许多实现方式中，计算机可读介质是物理和/或有形的存储介质。这样的介质可以采取非易失性介质或易失性介质的形式。例如，非易失性介质可以包括光盘和/或磁盘如一个或多个存储装置810。易失性介质可以包括但不限于：动态存储器如工作存储器814。
物理和/或有形的计算机可读介质的示例形式可以包括软盘、柔性盘、硬盘、磁带或任何其他磁介质、光盘、任何其他光学介质、ROM、RAM等、任何其他存储器芯片或箱或者计算机可以从其中读取指令和/或代码的任何其他介质。计算机可读介质的各种形式可以涉及携带一个或多个处理器804用于执行的一个或更多个序列的一个或更多个指令。以举例的方式，这些指令最初可以被携带在远程计算机的磁盘和/或光盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中并且发送指令作为传输介质上的要由计算机系统800接收和/或执行的信号。
通信子系统812(和/或其部件)通常将接收信号，并且总线802然后可以将信号携带(和/或数据，由信号携带的指令等)到工作存储器814，一个或多个处理器804从工作存储器814检索并执行指令。由工作存储器814接收的指令在由一个或多个处理器804执行之前或之后被可选地存储在非暂时性存储装置810上。
还应理解，计算机装置800的部件可以通过网络分布。例如，可以使用第一处理器在一个位置执行一些处理，而可以通过远离第一处理器的另一个处理器执行其他处理。计算机系统800的其他部件可以类似地分布。因此，计算机装置800可以被解释为在多个位置进行处理的分布式计算系统。在一些情况下，计算机系统800可以根据上下文被解释为单个计算装置如单独的笔记本电脑、台式计算机等。
操作算法
文中所描述的LFFC可以基于若干个机械结构特征如结构、刀片设计的类型、风门组件/空气阀的材料(高端对低端版本)等结合自定义算法使用。该特征可以允许成本效益生产。算法还可以基于分辨率和应用程序取决于所使用的致动器的类型。在另一方面，算法取决于所使用的气流感测装置的类型，例如孔口环、线性探针、交叉流动传感器、电子器件等。在又一方面，算法可以取决于应用程序的类型，例如化学和生物制药、HVAC、工业过程控制和设备OEM。
在实践中，可以预计，制造了围绕性能参数和通道应用设计的空气阀的成本效益第一产品建筑。然后，将第一产品安装在专门校准测试试验台/风洞并且进行测试/校准到算法。然后，将算法更新以及再次测试该空气阀。在被表征和测试的情况下，空气阀被有序排列并且然后被运到进行Beta和循环测试的现场。然后，算法在与致动器、空气阀设计和气流传感器(上述项目)相称的空气阀的各种尺寸上可伸缩。可以计算新的致动器和流量仪器的性能和准确度而不是实验室测试使得更快地引进新的变化。相较于过去的情况，这个特征可以将新产品更快速地推向市场。
风洞测试和结果
制造和采用三个风洞结构。涉及测试的行业标准，像针对空气动力性能评级用于测试风机的AMCA210,1999实验室方法不适合处理大的操作范围。找到可以对具有高范围能力的装置进行测试的测试设置对其内部和本身是一个挑战。在一个测试设置中，风洞使用两个不同的入口(Hi&Lo)以覆盖LFFC的性能范围，因为单个固定装置无法被设计为覆盖该范围。现有微压计气动加压感测技术还使得难以在宽的操作范围进行准确性测试。此外，针对基本软件程序、精密实验室型控制器以及用于验证目的的高度准确和校准传感器要写入特殊软件程序。不像其他气流测试，该测试包括来自电子器件如致动器的在各种性能参数处的分辨率点、所使用的流体感测元件的类型、装置的结构、在各种性能谱处的各种流体图案和与算法相称的换能器类型。因为反映对实际建筑系统的实时操作，所以在数以千计的性能参数点处收集所有这些数据。因此，测试试验台/风洞是复杂的并且验证文中所述的LFFC。此外，测试试验台/程序执行且将R&D时间减少几年。
对10″低流量风门/流量计进行比率测试。特别地，研究使用被校准以用作流动站的2级风门。在任何固定的风门位置处，装置用作孔板，孔板具有在宽范围雷诺数上可以被认为是固定数的流量系数(1C＝(duct VP/DeviceDP)0.5)。每个风门位置具有相关联的临界雷诺数，低于该相关联的临界雷诺数，系数可以被认为是雷诺依赖的。
测试结果表明：在目前的仪器仪表的情况下，在整个环形位置的范围内(盘100％打开)，没有注意到雷诺依赖。流量系数可以看作在每个环形设置处是常数；即，仅风门位置的函数。在环形闭合的情况下，在盘开口40％和80％处确定可能的临界雷诺数。
低流量空气阀3英寸比率测试
对在40％开口率处的盘进行测试，并且获得用于绘制C2，盘上的西特(Setra)读数与盘40％打开处的MKS 3″文丘里读数的比率的图表。该比率保持基本上恒定直到到达最低两个点为止。在最低点处，C2读数～10％高，所以C～5％高。在10″(25.4CM)管道中，速度为31FPM(6109MPS)、17CFM(481LPM)(应注意，这是约1/10的步行速度)。相对于3000FPM(590kMPS)的全管流速，量程比为97，以及相对于1200FPM(236kMPS)，量程比仍为39，相对于低流体流速具有极佳量程比，这在现有系统中是不可控的。文丘里雷诺数9000仍在平板流分布范围内。在管道中雷诺数为2600，所以速度轮廓朝着抛物线移动，这会增加风门增量P，速度轮廓可以通过减小孔口环放大而略有偏移，但是在曲线中并非如此突然。
对在80％开口率处的盘进行测试，并且获得用于绘制在盘80％打开处的C2的图表。该比率保持基本上恒定直到到达最低点为止。在那个最低点处，C2读数～10％低，所以C～5％低。在10″(25.4CM)管道中，速度为44FPM(8663MPS)、24CFM(670LPM)(应注意，这是约1/10的步行速度)。相对于3000FPM(590.7KMPS)的FPM全管流速，量程比为68，相对于静止可控1200fpm(236.2KMPS)全流量，量程比为27。文丘里雷诺数12000顺利进入平板范围。在管道中雷诺数为3800，所以速度轮廓朝着抛物线移动一点，这会增加风门δP，速度轮廓可以通过减小孔口环放大而略有偏移，但是所显示的比率在曲线中突然下降。错误的方向是雷诺数效应。所以，先看传感器和换能器限制。
1″(249Pa)西特的校准产生用于绘制在这些测试中使用的1″(249Pa)西特的读数与MKS标准的比率的图表。西特追踪充分向下到0.02″w.g(4.98Pa)。在0.01″(2.49Pa)处读数8％高，对应于流量系数中的4％。在这些测试中西特仍高于0.02″(49.8Pa)不是问题。可能需要在这些低流量处互相校准传感器。
将使用a.1″(24.9Pa)δ压力MKS换能器(已订购)、包含高于文中考虑的40％和80％的更大的盘设置并且延伸到甚至更低流量来重新限定这些数据。在处理中，40％与80％的低端行为之间的当前矛盾将得到解决。
流量系数数据和曲线
在这个系列中，2-1分钟平均被每次2分钟长风门设置取代，标记为早期和晚期或者第1pt，第二pt。不可能使采样与重新定位一致，因此早期平均可以包括来自以前的设置和重新定位间隔的数据。
低流量空气阀3英寸字符测试JCI
1″(249Pa)、2″(498Pa)和10″(2490Pa)西特追踪彼此很好地高达60％，其中，1″西特最大限定使用。2″(498Pa)西特最大限定使用在65％，以及10″(2490Pa)西特在90％打开，85％关闭。饱和度在90-100％打开处由传感器引起的人造滞后在图中是明显的。饱和度降低这些绘制的值，特别是在100％打开处。类似的人造滞后在相当低的1″(249Pa)和2″(249Pa)西特饱和度曲线处是明显的。JCI致动器没有引入明显滞后：打开和闭合数据往往等同于4个小数位，偶尔有几个百分点的差异。早期的读数没有明显由以前设置的痕迹污染。
低流量空气阀3英寸字符测试GAP致动器
后期(第2分钟)数据示出了1″(249Pa)、2″(498Pa)和10″(2490Pa)西特再次追踪彼此很好地高达60％。在此之上以及在整个早期(第1分钟)范围内，相当大的滞后明显的。由于第2分钟数据在第1分钟数据上有了很大改进，所以可以试着在3分钟处进行测试；每次设置3个读数：可以包括长弛豫时间。在100％设置处的2分钟内，风门没有从所指示的95％达到100％打开。100％早期读数高于后期读数。90％和95％早期读数降低到约后期100％读数，但是后期95％读数是整个设置中最高的，在习惯于(在这种情况下)闭合模式之前，当命令逆转方向时看起来像致动器来回摆动几次，位置在打开路径后面早期滞后约9度，在2分钟后减小到约2度。在位置变化命令之后，3或4分钟可以获得令人满意的协议。
HVAC系统中的LFFC的益处
文中所描述的LFFC可以并入到HVAC系统内以促进HVAC系统以尽可能低的能源消耗水平提供舒适性。美国采暖、制冷与空调工程师学会(“ASHRAE”)建立了概述对于大多数即建筑住户的80％可以接受的室内条件的标准。特别地，ASHRAE提供心理图表，心理图表示出如ASHRAE标准55限定的夏季和冬季的舒适区域。ASHRAE标准55标识满足穿着得体并且进行轻松的工作如办公室工作的大多数人的条件的舒适区域或范围。穿着较重服装和进行繁重劳动的人们可能需要更凉爽的条件。在受控空间中的舒适性取决于气流温度控制和湿度的结合。
此外，舒适性与新鲜空气的通风有关。外部空气的供应计量量防止室内空气变得陈旧和不健康。文中描述的LFFC对进入受控区域的流体如空气或新鲜空气进行测量和计算以为在这些室内的人提供舒适性。应注意，室外空气标准已经变得更加严格并且产生对更高的调节空气控制装置的需求。在文中所述的高量程比LFFC的情况下，LFFC可以并入到HVAC系统中以促进调节所供应的空气并且帮助在具有可接受的湿度和温度组合的舒适区域内给每个空间或区域提供一部分调节的新鲜空气。
此外，如在ASHRAE标准62新鲜空气标准中所限定的，HVAC系统针对人体舒适透气应提供足够量的外部空气。该系统实现这个的有效性取决于两个主要因素：1)供给空气的量，该量可以以立方英尺每分钟(“CFM”)或升每分钟(“LPM”)来测量，以及2)供给空气的温度，该温度可以以华氏度或摄氏度来测量。为了加热或冷却空间，量和温度因素根据特定HVAC系统的类型和设计以不同方式结合。针对能感觉到的加热和冷却，包括这些因素的热力学方程如下所示，其中不包括湿度。在下面的方程中，针对液态流体流，可以调整常数(“常数”)和质量流量(“CFM”)。
BTU＝(常数X CFM X温度差)
公式1BTU方程将流量和温度与能源转移相关
上面的方程示出了受空气的量和/或空气温度影响的被传递以调节空间的BTU。改变任意变量，质量流量CFM(LPM)或温度°F(℃)可以改变受控区域的温度。在特定方面，文中所描述的LFFC对进入受控空间的质量流量CFM和加仑每分钟(“GPM”)流动以及其他变量进行测量和计量。
在一些情况下，商业机构利用通风系统，通风系统提供符合新鲜空气和能源法规的室内气候条件。气流可以独立于室内占用，并且因此，现有的通风系统在不需要向未被占用区域例如无人区域提供新鲜调节空气的情况下浪费能源。浪费的能源生成不必要公用事业费用。为了符合新的能源标准，当无人时，HVAC系统应该减小气流。文中所描述的LFFC可以有利于调节气流以提供必要的通风，同时不牺牲温度质量和CO 2浓度。特别地，通过提供55°F(13℃)的凉爽调节空气，同时冷却、加热和湿度控制是可能的。凉爽的55°F(13℃)空气可以去除由人、插头负载、计算机和入射阳光产生的多余热量和湿度。在其他情况下，建筑内的区域在很短的时间段例如一天内需要所有的加热、冷却两者和湿度控制。在这种情况下，HVAC系统能够再加热空气，这是对先前冷却至55°F(13℃)的空气进行加热。文中所描述的LFFC可以测量较少的空气和具有高量程比的流体体积。此外，文中所描述的LFFC提供精确的流体流量测量，其还产生较低声级，同时向区域住户提供新鲜空气并且尤其通过减少对再加热的需要来减少能源消耗。
在另一方面，湿度随着室内空气温度变化而增大和减小。文中所描述的LFFC可以有利于HVAC系统保持室内湿度在舒适区域内。例如，在干燥气候下的HVAC系统可以包括在中央空气处理中的增加的加湿器单元以当需要时增加经调节空气中的湿度水平。在潮湿气候下的HVAC系统可以干燥或通过过冷却经调节的空气然后将其再加热回舒适区温度来从供给空气中移除水分。文中所描述的LFFC通过对空气和流体量进行更准确地测量和控制使得这些处理更有效。
在另一方面，文中所描述的LFFC可以在中央HVAC系统和区域HVAC系统两者中使用，包括空气至空气和基于水/流体的系统。中央HVAC系统可以包括对多层建筑的大面积的大量空气进行调节的大型加热和冷却设备。这样的设备可以位于建筑的地下室和/或屋顶以及这样的设备包括，例如，蒸汽锅炉、热水加热器、冷却器、冷却塔和备用发电机。区域HVAC系统可以包括更小的加热和冷却设备。这样的设备可以放置在大楼内以控制区域或室内水平空间。区域控制系统可以控制单独占用空间并且代表安装在建筑中的大多数冷却和加热设备。可以预计，文中所描述的LFFC可以被实施为中央系统和区域系统两者，具有和不具有固件和软件。
值得注意的是，对于建筑的HVAC系统，特别是对于具有大量空间的大型建筑可以提供多种不同的加热区域和冷却区域。建筑内的不同区域具有不同的加热和冷却需求，这取决于热能热增益、地理位置、楼层数、门窗的大小和数量。例如，具有与室外绝缘的内在核心的大型建筑在冬季可能不需要加热，但是可能需要用冷却来代替。另一方面，由于冷空气对流和穿过窗户的电磁(“EM”)辐射，沿着外壁的外部区域或周边空间可能需要加热。此外，所有区域不论加热或冷却都需要新鲜的空气通风。可以预计，文中所描述的LFFC有助于HVAC系统同时满足新鲜空气标准和能源标准，同时提供各种加热区域和冷却区域。并入到HVAC系统的LFFC能够在不导致明显压差的情况下调节气流量，压差可以导致相当大的涡流空气量即分散建筑住户的注意力的声音。
LFFC在VAV系统中的应用
一种类型的HVAC系统是变风量(“VAV”)系统。预期本文所描述的LFFC可以并入VAV系统。特别地，VAV系统可以包括以55°F(13℃)分发供给空气的一个或更多个供给管道。VAV系统中的供给空气温度可以保持恒定。VAV系统中的空气流速可以改变以满足所服务热区内不同的热增益或损耗。通过电子变速驱动或电通信马达(“ECM”)/固态马达技术，VAV系统还可以包括VAV风机容量控制。这样的VAV风机容量控制可以极大降低由风机所消耗的能量，从而降低所服务建筑物的总能量需求中的相当部分的能量需求。容量控制供回风机根据热负荷来调节风量大小。此外，VAV系统可以以制冷模式提供去湿控制，由此供风量减少并且再加热被引入用于去湿。在较大的商业系统中，VAV系统可以包括一个或更多个VAV空气处理器，所述一个或更多个VAV空气处理器用于多个热区，使得可以改变每个区的空气流速。在该情况下，VAV系统可以利用本文中所描述的LFFC，LFFC可以替代传统VAV终端箱或与传统VAV终端箱一起使用。
VAV终端箱可以被实现为主区域级温度流控制装置。VAV终端箱可以包括配备有自动致动器和气流传感器的经校准的空气风门。VAV终端箱连接至本地或中央HVAC系统。在VAV系统中，风机容量控制至关重要，这是因为不断变化的管道压力可以影响输送至区域的空气量(CFM)。在没有适当和快速的流量控制的情况下，VAV系统可能输送太多空气或生成过多噪声，并且潜在地通过过压损害管道工作。
在VAV制冷模式下，VAV终端箱接近限制冷空气流入满足了区域温度的空间。当区域温度再次增加时，VAV终端箱打开以引入大量固定温度的空气，以便冷却该区域空间的温度。在VAV系统中，不管多个VAV终端箱在系统中所分布的位置如何，中央风机可以通过保持恒定管道静压力来保持可变的空气供给。当这样的VAV终端箱在整个建筑物区域供给经调节的空气时，这些VAV终端箱彼此独立地操作。当VAV终端箱关闭时，管道静压力增加，并且控制系统使风机慢下来以限制通过VAV系统的空气量。当VAV终端箱打开时，风机加速并且允许更多的空气流入管道系统。在一些情况下，集中式建筑物控制器测量并保持供给管道的恒定静压力。
可以将VAV终端箱连同其他管道工作件放置在天花板或气室空间中，或放置在地板下。VAV终端箱通过测量空气量并且打开或关闭用于计量经调节的空气的空气风门来调节区域的空气量，从而控制每个区域的温度。在一些情况下，每个区域具有恒温器，该恒温器通过基于区域加热或冷却需求指示何时打开或关闭空气风门来控制VAV终端箱。例如，终端箱中的控制器可以将恒温器测量的室内温度用作输入，计算冷却和/加热区域所需的空气速率或体积，随后采用第二空气量输入来检查所计算的量的空气量被输送至受控区域。以该方式，VAV终端箱以可变体积速率输送固定供给空气温度。
VAV终端箱可以包含若干操作部。壳如外箱或外壳可以由22号镀锌钢制成，并且取决于声学和应用可以具有各种内部绝缘选项。当设计VAV终端箱的大小时，可能需要相当多的大小以进行与声学要求相称的精确的流测量。为了保持流动测量和控制，VAV终端箱的入口需要高压高速进入的空气，这可以消散在装置的壳内以提供所需的低速/低压输出空气。入口连接至与中央空气处理单元连通的入口管道。出口与通向一个或更多个区域扩散器的出口管道连通。在VAV终端箱内侧，空气量风门或金属门可以打开或关闭，以控制所需的经调节的空气流量。空气风门可以由也被称作致动器的马达自动控制，该马达由控制器基于来自恒温器和空气量传感器的输入来控制。可以将恒温器放置在区域中以检测温度并且指示风门或VAV终端盒的金属门打开或关闭。这控制固定温度的经调节的空气的量进入区域中。在一些情况下，可以制造21种不同大小的VAV终端箱连同各种大小的盘管。此外，可以制造若干各种大小的风机供电箱、双管道、下地板、冷却梁、风机盘管以及其他基于空气和水的装置。
可以提供若干类型的VAV终端箱,包括单区域VAV终端箱(具有和不具有再加热)、风机供电的VAV终端箱(具有和不具有再加热)以及双管道的VAV终端箱。单区域VAV终端箱包括具有由恒温器控制的一体风门的VAV终端箱。风机供电的VAV终端箱与单区域VAV终端箱类似，但是还包括连续运行以使气室空气与经调节的空气混合的风机。在该情况下，当对经调节的空气具有较少需求时，风机提供了额外的空气循环。在寒冷气候下，风机供电的VAV终端箱可以用恒定体积的空气冲刷窗户以避免霜积聚。单区域VAV终端箱和风机供电的VAV终端箱可以具有内置的电子或热水盘管以根据区域温度或湿度条件再加热空气。该特征允许VAV终端箱加热特定区域而不是加热整个建筑物。这也使VAV终端箱能够以制冷模式控制湿度。双管道VAV终端箱可以与中央式VAV系统一起使用，这提供了分别为冷空气和热空气的两个管道的空气流。以该方式，双管道VAV终端箱可以将两个空气流混合成可变温度、可变空气体积以实现所需的区域温度。一般而言，双管道系统能够提供高质量空气温度和湿度控制。
VAV终端箱可以设计用于多区域的建筑物，其中，需要在该建筑物的每个区域中改变冷却。这样的多区域建筑物具有多个区域，并且会频繁地使用多个较大的中央空气处理单元(“AHU”)。每个AHU可以包括多个VAV终端箱以向区域提供适当的控制。此外，这样的VAV系统具有在不处于满容量时以部分负荷运行的能力，并且具有比恒定容量系统更高级别的独立室内控制。VAV终端箱可用于多种建筑类型，例如零售商店、礼堂、办公空间、医院、教堂、机场、赌场、教育、医药、数据中心、工厂以及一些较大的家庭。
在组件中，VAV终端箱以及气流传感器可以由钣金制造商提供。控件公司可以安装直接数字VAV控制器(“DDC”)与致动器和换能器，事后连接至气流传感器并且操作风门轴。VAV终端箱的测试可以包括噪声和泄露率。在一些情况下，VAV终端箱太大并且安装在不可控的空间或区域中，由此产生控制问题，该控制问题导致室内空气舒适性降低、能量成本增加、区域可控性问题以及维护问题。ASHRAE RP 1353标准证实了VAV终端箱的性能较差，其中，DDC以低流量进行控制。
2014年1月生效的新标准ASHRAE TEST STD 195要求对VAV终端箱、气流探头、换能器以及DDC控制器进行全方位测试。新标准要求说明符和安装者将控件和钣金看作一个组件。
VAV系统中的传统VAV终端箱具有为5-1范围的量程比。传统的实验室控制空气终端具有高达10-1比率的略高量程比。预计本文所描述的LFFC可以并入上述VAV系统，并且提供大于10-1、或大于100-1、或大于250-1的更高量程比。出于各种原因调节是重要的，所述各种原因包括如下原因：1)精确测量所提供的空气和水(乙二醇和水可互换使用)的体积，这在存在感染性疾病和有毒化学品的实验室中特别重要。2)需要更少的部件号即更少的装置来覆盖操作范围。这样就使得能够从根本上更简单的设计和系统，包括精简和/或组合产品组合，以及降低的制造成本。3)更低的压力下降提供了更安静的空气/流体输送系统、更低的能量成本以及卓越的声学效果。4)降低了建筑物的生命周期成本和拥有成本。5)由于根本上更少的组件和更简单的设备尺寸降低了安装和首次成本。6)简化控制系统结构以及在云中或通过企业/传统系统托管的软件。预计本文所描述的LFFC取决于具有多个孔、风门和或阀的设计相对于传统装置的速率以更期望的能量和声学FPM提供了高于100-1的最小量程比。这导致更少的部件号、更低的制造成本、降低系统的安装成本、更小的空间、降低拥有和生命周期成本、更标准的HVAC管道设计、更安静的系统以及使流体移动至所占区域所使用的能量更少。
LFFC在风门中的应用
在另一实施例中，预计本文中所描述的LFFC提供了可以结合VAV或其他HVAC系统使用的气流风门组件。特别地，风门组件可以以多种几何结构和形状形成，另外或替选地，风门组件可以与现有风门装置一起使用，由于特定大小和配置限制现有风门装置通常会是定制订购的。本文所公开的LFFC的风门组件可以用于多种应用，包括紧急失火和冒烟情况。特别地，LFFC的风门组件可以用于开启和关断气流，并且在这两种极端情况之间进行调制。本文所公开的风门组件也可以用于风机盘管以及用于加热和冷却空间的单元式通风器，或者可以与风机盘管和单元式通风器一起使用。这样的单元式通风器可以类似于风机盘管，但是其还将外部空气引入通风系统。仅作为示例，单元式通风器可以更大，具有更高的BTU容量。因此，本文所公开的高可控性的风门组件和/或LFFC可以显著提高这样的系统的效率。
在另一方面，出于防火和污染控制的目的，预计本文所公开的风门组件和/或LFFC可以用于实验室空间例如发生化学反应的通风柜。本文所公开的风门组件还可以调节新鲜空气进入医院的房间。
在另一方面，本文所公开的LFFC可以提供用于中央建筑物空气处理器(“AHU”)的风门组件以控制空气供给到建筑中、将空气排出到建筑物之外，以及将这两种气流混合以节省能量。本文所公开的风门组件可以替代AHU中的现有风门或者结合AHU中的现有风门来使用以简化对阻尼机构的控制。本文所公开的风门组件可以用于管道网路，并且可以用于将空气输送至区域的空气分配装置。此外，风门组件可以用于精炼厂和处理应用，包括工业应用和空气污染设备。更进一步地，预计风门组件可以结合热传输装置使用，例如利于设计更高效的热传输单元，这可以降低能量成本、产品成本以及安装成本。在另一方面中，本文所描述的风门组件可以由控制器控制，并且捆扎成网络。在该情况下，可以减少所需的设备的数量和控制点的数量，从而产生更成本有效的控制网络，具有以下先进的能力，即可以集成在建筑物中，并且可以通过云计算和集中的位置进行控制/监测。以该方式，本文所公开的风门组件和/或LFFC可以使用开源控制，与专用的传统系统相反。
LFFC在HVAC系统中的实现和操作
预计本文所描述的LFFC通过利用本文所描述的气流测量和风门配置来控制HVAC系统的温度和气流，这使得能够进行更精确的空气测量和调节。LFFC可以改装到现有HVAC系统中，替换现有VAV终端箱和/或结合VAV终端箱来使用，和/或并入新的HVAC系统设计。
在一个方面，LFFC利用用于控制器德尔塔-压力(ΔΡ)换能器的较低压力模型。以该方式，空气压力测量使得压力能够与控制无关或使压力可以与控制无关。在通常的HVACVAV控制器中，换能器是最昂贵的电子元件。此外，LFFC可以与更昂贵的压力、硅以及电子换能器一起使用以用于甚至更大的控制。
控制算法-与压力无关的温度的PI控制
本文所描述的LFFC可以用于压力无关的气流控制，其中，气流的控制与入口空气压力条件无关。例如，当若干LFFC装置在同一供气管道分支并且每个LFFC装置打开和关闭以控制局部区域温度时，这些LFFC装置影响通向供给管道的空气压力。与LFFC无关的压力装置可以连续测量供气CFM，并且对CFM进行调整以补偿供给管道和房间空间(区域)的变化。
LFFC还可以与用于对经调节的空气流中的空气压力进行采样的光子传感器一起使用，经调节的空气流进一步管道输送至DDC控制器上的气流换能器。在一个实施例中，使用了死端传感器，即空气不流过所述传感器，这可以防止堵塞传感器，因为空气污染物不会截留在其中。可以在医院的通风系统中实现这样的传感器，因为在医院的空气中充满了堵塞换能器的棉絮。预计LFFC需要较少维护或不需要维护，这至少部分是由于在延长的时段内可靠的气流测量。
空气速度测量、CFM、流量系数及计算
管道中的空气具有要测量的两个分量。第一分量通常是通过生成停滞区来测量总流量压力，在停滞区中空气直接撞击在传感器的面上。应注意，本文中所使用的术语“换能器”是指用于测量空气压力并且将所测量的空气压力转换成电信号的装置，该装置位于电子DDC控制器上或靠近电子DDC控制器。流量拾取器或传感器是位于气流中用于对流动的空气进行采样并且将采样的结果发送至换能器的金属装置。第二空气分量测量在具有气流或不具有气流的情况下以相同的力在每个方向上推进的静压力。
使用两个空气分量即总压力和静压力以每分钟英尺为单位来测量空气速度，总压力和静压力各自独立地测量并且彼此相减以根据伯努利原理获得速度压力。该压力差被称为德尔塔压力，简称为ΔΡ。该测量的数学形式如下：ΔΡ＝总压力-静压力＝速度压力
公式2总压力公式
以每分钟英尺为单位的空气速度简称为FPM，其相对于以英寸H2O为单位的DP和以lb./ft3为单位的流体密度使用如下公式来计算：
空气速率
公式3空气速度公式
通常使用的电子压力换能器的读数与环境温度高度相关。在高精度应用中，“自动-调零”极大降低了该效果。自动-调零涉及将换能器输入连接在一起，以使得可以测量换能器在零压力下的漂移并且用于补偿读数与换能器传感器连接的恢复。本文中使用的传感器可以提供“高”压力管中的总压力和“低”压力管中的静压力。通过将总压力置于膜片的一侧和将静压力置于相对侧来在控制器换能器处完成减法。这提供了两个独立信号的机械减法。
通常以英寸水柱来测量空气速度压力。出于参照目的，在一个PSI(6.89kPa)下具有27.7英寸水柱。
空气体积计算
CFM＝FPM x以平方英尺计的管道面积(在LFFC入口测量)
公式4总体积CFM公式
管道面积(圆管)＝πx(管道直径英尺/2)2
公式5管道面积计算
以CFM(每分钟立方英尺)为单位的气流根据FPM(每分钟英尺)乘以LFFC入口管道面积或流量拾取传感器所在的开口面积来计算。气流或速度压力(“VP”)是总压力((Tp)与静压力(Sp)的差或高压力与低压力的差。在Tp端口附近的椎体人为地使Tp相对于Sp增加，由此使读数在其中压力可以变为与0.008英寸水(1.992Pa)一样低的低流量下更高和更敏感。特别地，椎体形成障碍物，该障碍物使在其尾流附近的局部速度升高，由此降低了位于其中的抽头处的静压力，并且使压力差读数更高。
气流可以撞击测量总压力的传感器的前方。可以在测量总压力后测量静压力，使得没有直接空气会影响静压力读数。在Tp端口附近的椎体稳定了在端口处的停滞压力以防上游干扰，并且通过在椎体后的阴影区域附近使流速局部升高降低了椎体后的静压力。这人为地放大了VP＝Tp-Sp。在VP变得太小以致于不能够使用通常不昂贵的压力换能器进行测量的情况下，在低流量处进行放大是相当可取的。由于读数不再代表实际流动，因此，可以将放大从最终读数去除，以实现精确的空气流量计算。这可以通过修改流量系数和/或放大系数来进行。
流量拾取器可以人为地降低下游抽头处的Sp，以提高流量拾取器的灵敏性。为了获得校准的、精确的CFM(LPM)读数，可以数学地从CFM(LPM)读数中去除该增强。此外，场位置中的管道入口情况显著变化，并且可以负面地影响拾取传感器的精确度。为了获得较好读数，在拾取器前方可以有三至五直管道直径的直管道连接。在一些情况下，由于构造限制，这可能会被禁止。可以使用柔性管道在直圆管道的其他入口之间进行短长度连接。柔性管道赋予了进入空气的圆形漩涡。
流量拾取器可以具有多个端口，以获得压力的平均值。如果管道入口条件欠佳并且空气堆积，则可以使用流量系数对最大流量读数进行调整以更精确。应注意，校准调整可以仅在一个流量读数处发生，并且这总是最大气流。这表示拾取器和换能器组合计算的所有其他读数可能稍微不精确；调制闭环控制将气流调整为热力学平衡房间温度所需要的流量。所关注的各种空气体积可以包括：最大体积、最小体积以及零体积。
在其他方面，可以使用水平的或诊断的一组导管来收集空气样本。这样的管道可以仅在水平维度弯曲，使得在垂直维度对空气样本的求平均不是至关重要。
此外，可以绘制ΔΡ和CFM(LPM)的关系。为了使这样的绘制线性化，比例可以为log X、log Y。预计在乘以C与取平方根之前的ΔΡ乘以C2之间没有本质不同。然而，如果C较大，则控制器进行乘法和平方根的尺度的差别很大。
公式6总空气体积计算
流量拾取器调节可以是正的，从而使最小可测量流速增加。因此，调节流量拾取器增益的流量系数可以是小于一的小数和拾取器增益或斜率的倒数。
空气速度换能器
预计本文所描述的LFFC可以结合HVAC应用中的各种传感器技术来使用。传感器可以是印刷电路板(“PCB”)安装的传感器，如霍尼韦尔微型开关和Kavlico传感器。传感器还可以是独立的换能器，例如由Setra生产的装置。预期任何传感器可以结合HVAC控制来使用。仅作为示例，PCB安装的换能器可以用于HVAC系统以及汽车发动机的燃料喷射系统。
霍尼韦尔装置是使用热线风速仪原理的微机械加工桥。风速仪是针对很低的空气流量优化的设计。第二传感器Kavlico是死端膜片传感器。该传感器随着气流增加而更准确。该传感器的汽车特性使得其是非常耐用的装置。第三装置是由Setra制造的基于电容的换能器，并且广泛用于HVAC场安装的控件。第三装置也非常耐用。下面的表提供了本文所预期的传感器如Kavlico换能器的规格。
压力范围 0-1.5英寸H2O(373Pa)
供应电压 0-5VDC
输出 0.25-4.0VDC
错误频带 2％的FS
操作温度 0-60°F(-17.7-15.5℃)
表1本文描述的压力传感器的可能规格
控制器I/O扫描次数
预计控制器结合LFFC 100ma扫描来使用，即每秒进行一次A/D转换。可以每秒更新一次模拟输入数据。也可以使循环计算速率与该速率相同。控制器计算环输出的速率会直接影响增益参数的大小。预计环输出计算以规则的间隔来安排，以增强控制器性能。
空气速度求平均和电噪声问题
空气速度读数可能变化很大。可以对读数求平均以获得一致的控制动作。在一些方面，这可以通过使用4字节或8字节加法FIFO缓冲器，然后进行2或3步长位旋转以将该数除以4或8来实现。该方法可以对数据求平均，其中，新到来数据和旧数据被旋转出。如果用高级编程语言以十进制格式来进行求平均，则预计可以使用如下公式9。
μ＝∑空气速度读数(FIFO)/(测量次数)
公式7与空气速度测量一起使用求平均算法以平滑湍流读数
房间温度读数的电噪声可能干扰控制动作。当通过P公式发生大的阶跃变化时，控制回路的比例增益乘以该阶跃，并且控制器在后续计算中记住该变化。预期良好的A/D转换是重要的，并且不受寄生电噪声影响。这样的变换是一致可靠的，而所有共模60Hz噪声被移除。精心设计的仪表放大器可以保证干净、无噪声的A/D转换。
控制器硬件RS 485双绞线电流隔离网络接口
RS 485指的是以下传输标准，该传输标准使用差分电压来编码多点、多支路局域网系统的传输数据。RS 485是HVAC建筑物自动化系统局域网的事实标准。
许多半导体制造商遵循类似的行业准则制造RS485接口芯片。下面的公式10可以描述RS 485芯片共模电压抑制比。RS 485最大Vcm抑制被指定为-7V至+12V。
Vcm＝Vos+Vnoise+Vgpd(参照:国家半导体)
公式8RS485硬件接口电子限制
该公式示出：如果上述参数中的任何参数超过-7V至+12V，则芯片不能够去除共模噪声。讨论电隔离的关键参数是Vgpd或电压接地电位差。每当连续LAN节点之间的接地超出规定的限制，网络出现故障。节点可以相隔几千英尺。在24VAC是错接线的情况下，控制器可以强制为接地之上的24VAC，从而导致网络故障。为了减轻问题，使用变压器或DC至DC转换器可以电隔离RS 485接口。还可以防止RS 485芯片由于接线故障而燃烧。
双向可控硅马达驱动电路和保护，不同供应商产品
预期与压力无关的控件可以使用具有被称为3点或浮动调制的接口的致动器来操作。一个这样的致动器为双绝缘的Belimo致动器。在浮点控制中，控制器微处理器通过借助24AC至CW或CCW电线将致动器完全关闭。一次仅可以激励仅一个电线。同时激励两个电线会使得致动器冻结和热起来。一个电线使致动器以一个方向旋转，一个电线使致动器以另一方向旋转。风门刀片的移动比例可以运行时确定，或在24V施加至CW或CCW电线时确定。通过将信号施加至另一电线使方向相反。直接动作是指致动器在温度增加时打开风门的移动。反向动作是指致动器在温度增加时关闭风门的移动。
下面的表格表示致动器制造商的数据。表格中的关键项是致动器运行时间。为了使控制器准确地计算风门刀片打开比例，控制器可以被配置成校正运行时间。通常，优选的是以60秒时帧来操作。在实验室控制中使用更快的致动。例如，下面的35秒致动器是实验室致动器，并且在用于加压实验室的VAV控制器上使用。
表2可能致动器马达规格
UL规格，UL916低压调节设备
UL916是用于建筑物控制的选择的标准。UL916用于低电压调节设备或控制设备，所述低电压调节设备或控制设备激励或去激励电负载以实现电功率的预期用途。设备旨在通过响应监测功耗的传感器或换能器，通过测序，通过利用预编程的数据逻辑、电路，或其任意组合使负载循环来控制电力负载。以下汇总的是与UL规定有关的关键设计的关注点：
-铜的以盎司计的PCB数字输出迹线的厚度、宽度与相邻迹线的分离。
-2级变压器、PCB安装的继电器、PCB制造商，塑料模塑商都可以成为UL识别元件/制造商。
-塑料材质用于增压空气空间、94-VO阻燃环氧树脂。
-混合NEC 1级的线电压与2级的低电压在相同的外壳中。
UL规格，UL864烟控制
由本UL标准覆盖的产品意在与其他设备和装置组合使用，以形成商业火情报警系统。这些产品提供系统的监测功能、控制功能以及指示功能中的所有功能。遵照该标准的标准比UL916显著高，并且涉及构成系统的所有部件。对于并入区域控制单元(“ZCU”)以符合此标准的LFFC和/或LFFC而言，控制器、金属外壳、变压器和线路可以形成完整的获得批准的解决方案。兼容ZCU的UL864可以与其他硬件、软件和机械部件一起装配到整个控制系统中，以形成商业火情警报烟控制系统。
UL测试涉及火安全问题和测试装置的功能。在这方面，UL测试可以迫使基本设计决策，并且在准备生产前进行折衷。为了符合该标准，“受测控制器”应通过在C部分描述的测试。
在设备和控制保持分离的分段行业中的机会
预期本文所描述的LFFC和/或中央系统可以使用直接数字控制(DDC)或使用气动(空气)控制系统电子地控制。数字系统是计算机控制的系统，其可以采用先进的计算和算法来实现控制序列。气动系统使用空气信号来改变控制序列。如先前所述，压力无关是指控制器通过系统变化来测量空气流动和穿越的能力，所述系统变化当在建筑物内的不同区域将不同的负载放在加热和冷却系统上时产生。
数字控制系统具有许多优点。数字控制系统不需要频繁校准、持续较长时间，并且并且不需要配备专门的空气干燥器和润滑系统的空气压缩机。DDC系统可以进行复杂计算和测序。DDC系统可以从主计算机接收指令，并且通过网络接口与位于任何地方的多个操作者共享数据。此外，DDC系统向主前端计算机传送信息，如风门和阀门位置、室温、供气量和供气温度。
多区域AHU系统
本文所描述的LFFC可以用于中央空气系统或多区域系统，以满足较大建筑物内多个区域和不同区域的不同需求。这样的系统可以是集中式HVAC设备和区域HVAC设备的混合。多区域具有用于服务建筑物中的每个区域的单独的供气管道。在中央空气处理单元中，具有加热和冷却水(乙二醇和水可互换使用)盘管。这两个盘管同时操作。盘管后的风门将热供气和冷供气混合至所需的温度以满足每个区域。通向每个区域的供气被混合至热供气和冷供气之间的某个温度。
双管道AHU系统
本文所描述的LFFC还可以并入双管道系统中，该双管道系统具有从HVAC单元至空间中的出口的两个单独的供给管道。一个管道供给冷空气，另一管道供给加热的空气。在该系统中，加热盘管和冷却盘管二者与多区域系统中一样同时操作，但是在区域级别操作。在每个区域使用风门将热空气和冷空气混合，以便获得该区域所需的空气温度。系统具有多种变化，包括可变的空气体积、恒定体积、固定温度以及可变温度。
变风量系统
本文所描述的LFFC 100可以用于变风量(VAV)系统，以节能和满足不同建筑物区域的不同的加热和冷却需要。区域可以是具有相同的热增益和热损耗特征的单个房间或房间的群集。相比于传统系统，这样的VAV系统可以节约至少30％的能量成本。此外，预期LFFC100在安装和操作方面是经济的。在一些实施例中，系统采用55°F(10℃)的主空气。房间恒温器可以通过针对每个区域调制风门或扩散器来控制传输至每个区域的主空气的量。这样的风门可以根据冷却需求来改变每个区域的空气的体积。
在一些方面，风机CFM输出可以根据区域的总需求改变。风机可以被设计成大小具有多样性，最坏情况下90％的负荷。随着区域的空气体积变化，主管道中的静压力(SP)可以变化。主管道中的SP传感器可以控制风机输出以保持恒定的供给管道静压力。此外，可以通过风机入口叶片或通过风机出口处的风门来改变风机输出。这些系统可以是可变体积、恒定温度的系统。在仅提供冷却的一些系统中，根据室外的需求可以使用单独的热源。这可以通过在房间中周缘加热来供给。系统中的其他单元可以包括水盘管和控制阀以提供加热。利用本文所描述的LFFC的VAV系统的较大优点是：该VAV系统能够满足建筑物中不同区域的舒适性要求，而不同时加热和制冷。
用于空气和水系统的与压力无关的控制
并入了本文所描述的LFFC的这样的VAV系统可以是压力有关的或压力无关的。在与压力有关的系统中，由包含LFFC的单元所供给的空气的体积可以根据主空气管道中的静压力(SP)而改变。单元中的主空气风门还可以由空间中的恒温器来控制。然而，通过风门的气流可以根据主管道中的SP而改变。靠近供给风机的单元可能过渡供给主空气，而远离供给风机的单元可能供给主空气不足。
另一方面，与压力无关的端子单元可以包括用于限制通过单元的流量的流量感测装置。端子单元可以控制能够被供给的最大和最小CFM(LPM)，并且从而与主空气管道中的SP无关。预期与压力无关的系统可以平衡，并且可以允许对来自每个端子的气流进行校正。
改变中央供气风机
预期在该系统中由中央空气处理单元传输的主空气的体积(CFM/LPM)可以根据包含LFFC各个单元的需求而改变。以该方式，中央空气处理单元中的供给风机可以改变其输出以便满足所有单元的需求。如果端子单元的主空气风门完全打开，则整个系统所需的CFM(LPM)可能很高。如果大部分单元式风门关闭，则系统所需的CFM(LPM)较少。
中央供给风机的RPM(速度)可以由控制系统调节以满足系统的变化需求。主空气管道中的静压力(SP)传感器可以向调节风机速度的控制器发送信号以保持主空气管道的恒定SP。SP传感器在主管道中的位置对于系统的性能至关重要。最好是将SP传感器放置在难以供给的单元即远离于中央系统的单元附近。这可以是具有从风机最大压降的位置。如果传感器被放置成太靠近供给风机，则供给管道中的SP在低CFM需求的时段可能会太高。
LFFC在燃烧器和锅炉中的应用
预期本文所描述的LFFC可以用于燃烧器锅炉流体控制。仅作为示例，LFFC可以用于大的火管锅炉，该火管锅炉可以将天然气和燃烧器中的空气混合，以产生将水转换成蒸汽的火焰。蒸汽可以用于加热建筑物和工业处理。大型设备的效率是重要的，因为在效率上的小变化转化为燃料输入的大变化。因此，LFFC可以适用于在燃烧器锅炉中的高调节空气控制。
特别是，新的能效标准驱使燃烧器锅炉制造商转向O2微调控制。在O2微调控制中，对燃烧废气O2浓度进行监测，并使用燃烧废气O2浓度来调节气体和供应空气，以获得最高效率的空气/燃料混合物或化学计量比。通过应用伯努利方程来跟踪控制比例燃料和空气的比例。当通过计量装置，燃烧空气和气体的流量变化时，空气压力随着空气和/或气体速度的平方而变化。鼓风机和风门一起被调整。预期LFFC应用于空气鼓风机和燃料计量阀二者，以更精确地计量进入燃烧室的空气，并允许锅炉进一步向下节流。LFFC可以替代地或结合当前用于燃烧器锅炉的连结更少的致动器来使用。
应注意，在燃烧器锅炉应用中LFFC可以不需要CFM测量。更精确地说，LFFC在空气侧和燃料侧二者上提供高调节解决方案。燃烧控制器经常并不需要计算质量空气流速而是简单地定位风门以控制反馈变量O2接近设定点值。
工业实用性
本文描述的LFFC具有在测量和节流空气或流体的任何工业部门的应用。这样的工业部门可以包括但不限于：生物技术和药品，医院和医疗保健，实验室和制药，污染及治理控制，水利水电，处理和过滤，选择的制造业，半导体制造，采矿和金属，数据中心，以及多元化机械和农业。
预期多个工业应用由于对风门设计、高级固件以及软件集成的精确调节而可以用于LFFC。例如，LFFC可以用于以下装置，该装置通过对风门进行与热导率要求相称的复用控制并且在区域级或系统级重置辅助设备如风机、泵、冷水机组及锅炉来控制多个区域。由于将若干装置并为一个装置，因此可负担局部区域的加热和制冷。这允许关闭无人居住区的设置点或使无人居住区的设置点最少，这样可以节约能源，保持IAQ和居住舒适度。高调节和精确的流量测量使LFFC自然集成到处理型应用和精炼厂中，在处理型应用和精炼厂中，通常需要准确空气燃料混合物，这导致生产率提高和能源成本降低。LFFC可以由用于腐蚀性环境的各种材料和各种辅助部件如感测元件、传感器、固件和软件来制成。
预期本文所公开的发明提供了一种用于以精度高、廉价并具有卓越的声学效果和更少的能量的方式来测量和调节高以及非常低的空气量和/或流体流动的装置。本公开还提供了一种高调节装置，该装置允许在较低的速度使用，从而大大降低噪音的产生并消除了对声音衰减衬层如玻璃纤维和双层壁的需要。此外，本公开提供了一种高范围度的装置，该装置使得能够通过将若干产品部件数组合成更小数量的用品来简化产品组合。在另一个方面，本公开提供了一种廉价的装置，其允许设备被缩减回100-1或更高，而不是10-1，这导致能量节约，较少的产品变型，更简单和更健壮的应用设计。更进一步地，本公开提供了用于提供更好的流体、空气量以及水温控制，同时节约更多的能量、采用从根本上更简单的设计并且满足所有新的和旧的建筑物的新鲜空气、舒适性和能量法规的装置。本公开还涉及到在没有复杂软件程序的情况下可以被工程化、选择以及设计大小的装置。
相关装置、系统及方法实施例
图12描绘了根据本发明的实施例的流体系统1200的方面。如此处描绘的，系统1200可以包括用于测量和控制流体流动的装置。在一些情况下，流体流动可以通过加热、通风和空气调节(HVAC)系统的管道1202中的流动路径进行。装置可以包括孔板1204，孔板1204位于流动路径内并且限定用于接收通过其的流的可变开口Ao。在一些情况下，系统或装置可以包括与孔板1204操作上关联的致动器组件1206。如此处所示，系统或装置还可以包括与致动器组件1206、孔板1204或二者操作上关联的控制器1208。控制器1208可以包括处理器和存储器，该存储器可以与处理器通信地耦接并且可由处理器读取。此外，控制器存储器可以包括所存储的处理器可读的指令，当该指令由处理器执行时，使得处理器基于由第一传感器P1获得的第一压力测量和由第二传感器P2获得的第二压力测量来确定压力差。在一些情况下，该指令使得处理器例如基于从致动器组件1206接收的位置反馈来确定板1204(或其部件)的位置、配置或取向。在一些情况下，指令使得处理器操作致动器组件1206，以便基于压力差和板1204的位置、取向或配置来调节可变开口Ao。
根据一些实施例，处理器可读指令当由处理器执行时使得处理器确定以下中的一个或更多个：(i)例如基于由传感器P1测量的风门组件或板1202的上游的第一压力以及例如由传感器P2测量的风门组件或板1202的下游的第二压力的压力差；(ii)由风门组件或板1202限定的可变开口面积Ao；(iii)放大系数MF；以及(iv)基于压力差和放大系数的流速。
在一些情况下，可以基于由控制器1208从用户/操作者设置装置1214、板1204、致动器组件1206、上游流体控制和/或供给机构1210、下游流体控制机构1212、上游传感器P1和/或下游传感器P2接收的输入来控制由控制器1208控制的板1204、致动器组件1206、上游流体控制和/或供给机构1210和/或下游流体控制机构1212的操作。
托里切利(1643)指出，从大罐中的小孔流出的水在其穿过该孔时收缩。牛顿也注意到流出水的静脉收缩，并将该现象称为射流收缩。牛顿测量到收缩面积约为孔面积的二分之一，并且将此发表在其原理(1713)第二版上。在1738年伯努利发表了其著名的原理：SP+1/2ρv2沿流动流线守恒。在现代术语中，在恒定的流线上TP(总压力)＝SP(静压力)+VP(速度压力)。因此，如果Δp是罐内侧的静压力(处于开口的水平但远离开口，因此速度可以看作0)与罐外侧的静压力的差，则1/2ρv2＝Δp。牛顿的动量守恒定律，应用于流体给出：ρν2Ao＝ΔpAo，Ao是对于一次未察觉的射流收缩而言开口的面积。这与先前的公式矛盾，除非Ao＝0；没有“静脉”。博达(1760)注意到，当将射流收缩纳入考虑时，动量平衡变成为ρν2Ac＝ΔpAo，Ac为收缩流的面积，并且如果则收缩消失，其中，
本发明的实施例包括在自然和自然定律之间提供一致性的系统和方法，例如针对在0.536和0.753之间。
在一些情况下，假定具有包含面积为Ao的孔的平坦壁的无限储层绕半径ro的圆孔对称地流动。该流动在开口区域复杂，但是在远上游和孔的短距离下游的开始处简单。上游，在半径r＞＞ro处，流量可以在同心半球内侧成为均匀径向：其中，Q是总流量；νθ＝νφ＝0.r＞＞ro[公式(12.1)]。在该区域中，公式12.1可以满足不可压缩Navier-Stokes方程。射流收缩的下游，流量的特征如下：在Ac外侧速度为0，其中，在收缩区域的Ac下游内在z方向上均匀平行流动(速度νc＝Q/Ac)。
根据一些实施例，粘度以及在所指示的刻度下重力不是问题。在水流入静水或空气进入空气的情况下，粘度很快扩散静脉的剪切边界并且该流以大致湍流方式传播。然而，收缩的喷射流在足够的距离上始终存在，以验证本发明提供的分析的各个方面。在某些情况下，有可能平衡力和动量通量的z分量。其它分量可以以轴对称流的方式自动地平衡。术语“力与流出量(Force和Efflux)”此处可以指在z方向上的各个分量。虽然伯努利方程单独应用于每个流线，但是当前流中的所有流线以r＝∝从均匀静止流体上升，因此总压力(TP)可以合理地在所有流线上平均。根据一些实施例，这不能说对于板的不源自上游储层的下游静止流体而言，甚至不需要包括相同类型的流体，并且被看成具有比限定用于源自上游的流的TP小的均匀TP。
对于r＞＝r0，S2上的力和So下游面平衡：
剩余净力对于r＜r0公式12.4
TP项取消了下降的剩余的项，当令则会剔除掉剩余的项，如果渐近地对于r＞＞ro，
但v沿恒定速度连续，则从孔边缘的下游发出的恒定压力流线要求：设置实现此。并且
注意：
现在令r1→∞，并且剔除则力-流出量平衡变为
以维度的形式由1)通过乘以Ao：以及2)传至维度变量因此给出
表示使用调和势的上游无限半球中的轴对称势流的扩展的最低阶(n＝0；质量流)项。偶数阶勒让德多项式P2n(cos θ)基于形成正交，并且流量项在边界孔板的上游表面处给出径向速度采用fn＝(2Ao/Ac-1)(ro/r)2n＝(2AO/Ac-1)Xn因此因此
因此公式12.8变为
以及
使用单个更高阶φ2n，收缩系数的值在下表中绘制。
下限0.536是严格的并且可独立获得，以及用于更一般的孔形状而不诉诸于上面采用的轴对称和纬向谐波。根据一些实施例，上限0.735取决于支配流动的单个更高的谐波φ2n。更复杂的模型可以向所需的更多的或所有可能的φ2n提供非零系数值以进一步缩小的范围或完全限定的范围。根据一些实施例，包括更多的纬向谐波以填充在上表之间的中，并且其值稍微高于0.753。
对于(管道面积Ad→∞)，上述可以代表管道孔板的极限情况。类似的分析可以应用于有限的Ad。
关于用于测量流体流量的管道孔板，对于管道中的孔而言，收缩比可能不保持恒定为0.61或0.62的值，由于→1:在处，没有空板，因此也可能。在1872年魏斯巴赫对当代试验进行汇总得出如下公式：
可以测试(公式12.11)，并且类似的公式用于与Z-力以及动量和质量通量平衡相兼容：
对于S1，z-通量
对于S2，z-通量
对于S1，z-力
此处，采用远上游流线两端的TP常量与管道面速度vd。孔板的上游表面的外缘是停滞区：V＝0，因此SP＝TP-0＝TP。沿上游面的速度被观测为：当靠近开口的边缘时，增加至Vc，因此在该边缘处SP从TP降至TP-VPc。
对于r>ro，力处于孔板的背面，并且在S2处于平衡，剩余净力对于管道半径rd＞＞ro，可以预期径向流的区域其中靠近r＝ro以及r＝rd时背离。
本发明的实施例包括在r＝ro或处满足条件的fn。根据某些实施例，在停滞点rd处，1+f消失，其中，板满足90°的管道。可以绘制(1+f)2和(1+fn)2积分式。可以寻求用x0替换(公式12.8)中的整式的下限0以将(公式12.10)扩展至
根据某些实施例，x0不是常数，当时x0接近并且积分消失。作为该功能的选择，在魏兹巴赫曲线和来自(公式12.12)的Ac/Ao之间产生良好匹配，其中，ε＝0.2并且n＝4。
获得这些结果，可以进行至对孔板流/排放系数进行检查。
伯努利原理使沿流线的速度和压力相关联：在任何流线上的任意点1和点2处，
对于均匀穿过包括相同束的流线的A1和A2并且具有通过Ai的总共流量Q的流来说，(公式12.13)变为
公式12.14表示根据Q2和维度系数而变化的静压力的差。公式12.14直接重新设置了Q相对于压力差的公式：
可以相对于通过基准面积A0的流量和被称为CF的无量纲常量重新限定公式12.15。通过在(12.15)中乘以或除以A0，得到
根据一些实施例，公式12.16可应用于以下任何非粘系统，在该非粘系统中，同一流均匀地通过至少2个不同的区域A1和A2。具有速度的量纲：通过乘以A0，可以将其当做通过该区域的平均流量。被建模的物理系统实际上可以不具有与基准A0相等的区域部分，并且在A0表示在系统中的物理位置的情况下，则流量不需要均匀或者甚至不需要可测量。A0可以表示实际测量区域A1或A2中的一个测量区域；在下面考虑的情况下，A0可以不表示实际测量区域A1或A2中的一个测量区域。
公开了孔板排放系数。流量系数CF或相关排放系数Cd的表或图形等(公式12.16)可以广泛用于多种流量测量装置。在区域A1和A2可以任意近地靠近彼此的装置家族中，CF图形可以不完整：如果A1＝A2，则CF＝∞。对于孔板，特别是在美国，开发出了(公式12.16)的变型，其中，剔除了A2→A1时的爆发行为。
在根据本发明的实施例的孔板抽头装置中，下游抽头可以仅位于板的下游，其中，该抽头测量例如在SPc处的静止空气、收缩流中的静压力。根据某些实施例，在静止空气下，SP是常量，并且通过压力的连续性等于收缩流中的恒定压力Pc。上游抽头测量在距板的上游固定距离处的非干扰流中的SPd。A0是孔自身的面积。(公式12.16)变为
变型为该变型与(公式12.17)明显不同，并且可以是可用的。
根据一些实施例，所测量的排放系数Cd在和0.5之间稍微改变，并且在[0，1]上仅10％不同。在一些情况下，排放系数Cd可以忽略射流收缩而产生，因此由1替代(公式12.17)，然后将Cd用作调整因子。相比于公式12.17和公式12.18，可以看到
根据一些实施例，公式12.19可以解决针对很小的Cd值和值的一致性。设置给出根据一些实施例，公式12.19可以几乎与无关。假定平滑，并且注意到A0＝Ad表示没有孔板，因此Ac＝Ad，从而发现可移除的奇异性@在之前，从分子和分母中剔除根据某些实施例，可以用公式12.19实现魏兹巴赫公式：
分母是在时消失的八次多项式。在一些情况下，可以从分子和分母中剔除(而不是)，留下由七次多项式整除的公式12.20从时的0.62下跌至0.4处的0.61，然后一路上升至1处的0.68以上。由于考虑到Cd使分式较慢且稳定地增加，这会认为消除了用于的魏兹巴赫公式，尽管其表明Cd弱依赖于
再次参照公式12.19，可以看到如果是的多项式，在处等于1，则可以剔除满足这些条件并且例如c＝0.62(魏兹巴赫)、c＝0.611(基尔霍夫1869年：无限插槽；2D保角映射)为唯一的一次多项式是或者
在c＝0.62，高于魏兹巴赫的几个百分点，实际上c＝0.60和c＝0.62曲线紧紧包围魏兹巴赫曲线。公式12.21与魏兹巴赫的(公式12.11)的复杂度相同，公式12.21类似地可以调节用于将公式12.21替代进公式12.19，给出
(1-c)因子的平方：((1-0.62)2＝0.1444)以及平方根组合以生成相比于公式12.21稍微增加的曲率；在1处仅增加7％。
根据某些实施例，理论标准(例如公式12.17)和实际美国标准(公式18)并非不可调和地不兼容，二者间已经形成了联系。在处理中，发现功能和可以促进开发本文所公开的低流动流体控制器系统和方法。
根据某些实施例，在一些情况下，以英国单位计约为4005f.p.m/V(in.wg.)。
公开了孔板系数。根据某些实施例，可以结合公式12.18和/或结合使用术语“排放系数”形成更一般的CP。在一些情况下，术语“低系数”可以用于公式12.16中的系数CF，在CF针对被放大的情况下，可用于替代。
在一些情况下，CF不放大，并且可以由替换，特别是一些美国案例例如在标准抽头设置中。当时，静压力在上游和下游变得相同，并且板消失，因此上述分母→0。
如果不是约等于1，并且孔板的上游面与管道壁约成90。，则拐角是停滞点或圆形。在一些情况下此处的ν＝0，因此TP＝SP，并且在该点处的相当小的抽头将读取TP。或者，光子管可以用于非干扰的上游。不管何种方式，可以得到
因此，相比于公式12.16：
根据一些实施例，本文所讨论的收缩系数可以称为或类似于流动系数。在一些实施例中，CF不仅不放大；而且CF不超过1。在一些情况下，当放大下游抽头时，最大下降甚至降低(较高的放大)。
有用的实施例被公开：上游TP抽头，如本文中其他地方所描述的那样。
当光子管被排除或不被使用时，例如在流体包含最终会阻塞光子管的颗粒时，可以在不使用静态上游抽头的情况下继续进行。安装在低流动流体的控制器的上游的孔环或者例如0.8或0.9的孔板供给可以分接TP的上游停滞环。在一些情况下，靠近该环甚至仅对下游有小的放大影响。
根据一些实施例，碟形风门可被看作具有投影开口面积Ao＝Aduct-Adamper*cos(θ)的可变孔板。在一些实施例中，使用非常精确地机械加工的或具有在压缩时工作的垫圈的环形座是可能的。
根据一些实施例，两级风门可以解决如流量测量装置的碟形风门的某些限制。内盘的射流收缩不是由与蝶形风门中的管道垂直投影的区域控制，而是由与环和开口盘的面垂直的内环形开口的投影A0来控制。A0＝Adisksinθ(不是cos)。按照次序打开盘和环，可以得到：
Ao≈Aductsinθdisk+(Aduct-Adisk)(l-cosθannulus) (公式12.24)。
根据一些实施例，对于环带，最初几度盘开口关注初始垫圈解压。之后，可以得到延迟的sin(θ-θα)曲线。垫圈组和放松基本上不影响该曲线，这可以由沿盘面或环面流量控制。在一些情况下，并非在盘附近的所有点处同时发生完全的垫圈解压。距轴最远的点可以以2°完全解压；然后开口看起来如盘打开那样呈加宽的微笑形状。在一些情况下，这实际上对曲线影响很小，但是考虑到其可以影响流流量系数公式。
以100％打开，打开面积可以不完全是100％。轴如果使用的话以及环形垫圈在其他干净的流动场中仍保持为障碍物。这几乎可以解释在100％打开下的整个压力下降，并且可以以公式建模。这些轴和环形垫圈根据实施例来组装以给出根据打开程度变化的适当的流量系数。在某些实施例中，从风门上游的TP传感器和在紧靠环带的背面的规定放大位置处的下游SP抽头获得读数，从而稍微下压曲线。在一些情况下，较低的流量系数表示较高的放大。由于例如在2％和10％之间，流量系数可以从零线性地增加(例如没有泄露)，最大放大理论是无限的，受实际因素在设置和限定的角位置处的致动器一致性的约束。
根据一些实施例，理论表示可以用于设计阶段。在一些情况下，例如基于所使用的上游传感器，所测量的流量系数vs％的表打开而不是将理论公式提供用于基于每个低流动流体控制的产品和配置。如果具有明显滞后的致动器被指定或使用，则在一些情况下不使用单个表除非滞后是均匀的并且可预测，以使得可以基于用途来计算实际的风门位置。在一些情况下，可以使用不明显滞后的致动器。
公开了在非常低的雷诺数下的测量。许多常用的流量和装配损失系数值仅在足够高雷诺数下有效。在某些情况下，有可能针对每个产品配置中建立标记，该标记用于指示系统的各方面何时在高雷诺数常数系数机构外操作。控制能够很好地扩展到这种低雷诺数机构。在一些情况下，显示精度可能会受到影响。在一些情况下，边界发生在约20CFM。
在该非常低的流动机构中需要或期望准确读出应用中，低流量系数表(其可以是较大的)不仅取决于风门设置，而且还取决于低雷诺数，这样的低流量系数表可以提供此扩展。
在一些实施例中，可以使用两个联动的致动器驱动同心轴，并且也可以在风门轴的每一端使用隔离致动器。也可使用具有两级同心输出的单个致动器。
在某些情况下，流量感测装置在存在严重紊乱气流配置下难以给出精确测量的总流量。在某些情况下，制造商可能会建议，但很少获得，约5直径的直管上游传感器。根据一些实施例，例如用于紧安装的实施例，可以为紧安装上游传感器/风门提供和校准保留配置的肘部。
遗留VAV箱可以要求2000FPM或更多个最大输入速度，以实现甚至3或4的调节。由于下游装置需要更多的如700FPM，因此高速空气随后被倾倒，并且可能需要大量的沉默，以减少的熟悉隆隆声从天花板发出。根据本发明的实施例的低流量流体控制器使用普通的1w.g换能器能够从1200FPM提供40：1调节。为了利用由这样的设计提供的4：1节能和25分贝降噪，在一些实施例中，上游管道工作的最后分离可以被设计成例如在运行结束时将1200FPM全流量，而不是2000或2500FPM传输至低流量流体控制器。
在一些情况下，传感器可能对环境温度非常敏感。当实现如本文所公开的传感器/风门的低流量能力时，这可能有用于提供自动装置以定期将传感器输入绑定至公共源并且更新零偏移。
根据一些实施例，为实现可以通过低流量流体控制器进行的节能和端子(以及中央)降噪，系统压力的控制可以基于在每个控制周期中将最需要的低流量流体控制器保持在其局部控制范围的较低边缘处。可选地，可以实现中央控制算法的即时调谐，以实现稳定的和及时的控制。
公开了环形开口的特征。蝶形风门通常不以恰好等于管直径的直径制成。在某些情况下，可能需要极高的精度和刚性，以防止一方面这样的装置干扰或另一方面防止泄露。这种情况在略椭圆伸长的风门下有所缓解，因此关闭到管道的2个目标度的垂线。上述的困难仍然适用，但是，这是通行很少看到。根据一些实施例，装置可以采用以下风门，在该风门中直径比管直径略大一些，但最外百分之几由弯曲和或压缩以密封所述管道的表面的柔性衬垫材料制成。形式简单的投影面积公式
Adamer＝MAX(Aduct-Adampercosθdamper，0)(公式12.25)，可以为用户提供良好的实验一致性。在某些情况下，纯粹在压缩下工作的环形管道-安装垫圈可以移除问题：在如上述描述的那些装置中，垫圈磨损和设置最终可能折衷风门密封。流量图可能由于开口风门和刚刚清理的垫圈之间流动的挤压而变得复杂。在两级段风门中可以忽略该影响，其中，开口面积是由敞开的(或接近敞开，这取决于可能分段重叠)内部盘决定。为了完整性，可以描述
控制公式的开发。当时，垫圈可以被压缩，并且随着风门扩展直至达到其不能压缩的程度并且开始打开，从平面角开始。在通常角Ψ下，从点Pgasket＝(rgcosΨ，rg sinΨ，∈)(在笛卡尔坐标下)至点的法线具有的长度为δ＝rgsinΨsinφ-∈cosφ。垫圈开口面积差为该面积差分隔成易于集成的项和第二类椭圆积分，并且该面积差可以被适当地近似。dAg是挤压流过环形垫圈和板之间狭窄的空间的流的差分面积：其中，风门比管道壁远离于垫圈。传递给(例如公式12.22)的差动形式
在交叉点dAg＝dAw，sin(ψ)满足四次代数公式，该公式对于足够大的φ，具有两个正根。当这些根中的较小者存在时，可以将其称为ψ1，否则于是，环形开口面积
是角，在该角处，对于给定的阻尼器开口角φ，阻尼器刚刚清理垫圈。可以什么也不发生直至环带的末端的阻尼器角刚刚清理了垫圈。开口次序为：直至全部2个级序列的中≥φ≈2.2°，≈1.24％。在范围约为3°，1.7％，Ψ1下降至低于当时，ψ1和ψo→0。环形垫圈端部约为ψ＝4°，其中，环形垫圈端部在管壁处与阻尼器衬套相遇。衬套以及动作之间的轴成为小障碍物，不限制开口的有效面积，而是对敞口风门ΔP提供小帮助。令ψ1和ψo→0使得这些损耗能够与孔板开口特征单独地处理。
公开了盘开口的特征。在一些情况下，中央盘与环形开口稍微交叠，其通常是圆形但不一定是圆形。交叠区域设置有可压缩垫片材料，可压缩垫片材料嵌在环和/或盘中任一个或两个中。从开口近边缘上的点Pann＝(x，y，s)，x2+y2＝r2到盘表面的正常距离是δ＝ysinθ-s cos θ-t，以及θ是盘开口相对于环的角，s是环厚度的一半，t是盘厚度的一半。投影开口面积是以及
当θ≥θ0时，xo＞0，对于x＜xo，盘清除垫片，以及盘的尖端正好清除垫片处的角度。θo满足r sin θo＝s cosθo+t。如果t＜＜s，则变为如果s＜＜t，则然后，2级流动站/风门的开口面积是
装置用作几乎覆盖其整个范围的可变面积的孔板。直到装置几乎是100％打开为止，风门的阴影中的静止空气或几乎静止空气联合流动的(在这种情况下)从高达四个不同形状和取向的独立面积出现的流颈，以使得各面积可以简单地相加在一起，如在公式12.29中进行的，以得到在公式中使用的A0，Ad是总的管道面积，c＝0.611，渐近地给出Kirchoff的1869结果。
公开了100％打开处的残余影响。在100％打开处，没有孔板，以及CF接近为1，假设上游抽头读数TP。因为围绕阻碍轴的流动移动地稍快，以及SP+VP是守恒的，所以可以与风门轴一体的气流外部藏在后面的下游抽头可以读取低于周围SP一点。由于上游传感器、壁摩擦和环形垫片(如果采用)，所以可以将这种效果与残余压降结合成常数C0并且通过下述替换(23a)：
因此，CF变为
在每个配置中C0可以单独测量以代入到(公式12.30c)中。在和来自(公式12.29)的的情况下，这包括流体站控制/测量装置的理论基础。
本发明的实施例提供了精确的流量测量装置和方法。例如，这样的技术可以实现自动节省建筑中的30％的能量的风机控制并且这样的技术显著削减零件数量并且组装成具有这样宽的测量范围的一个装置。通过在这样宽范围下精确地测量，使得装置更有效地控制流动。另外，在需要仅20cfm的外部空气的区域中，该装置可以准确地计量20cfm的外部空气。目前已知的VAV箱不能测量如此低的流量，原因是其能够引入的最小值为300cfm，即意味着每区域中的280cfm需要再加热或再冷却，从而操作冷却器或锅炉。实现了另外的节能和更好的占用者舒适度。
上述方法、系统和装置是示例。如果合适，各种构造可以省略、代替、或添加各种方法步骤或制程，或系统部件。例如，在替代性构造中，方法可以与与上述次序不同的次序执行，和/或可以添加、省略和/或组合各种阶段。另外，相对于某些构造描述的特征可以与各种其他构造组合。可以以类似的方式组合构造的不同方面和元件。另外，技术在进展，从而许多元件是示例并且不限制公开内容或权利要求书的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供示例性构造(包括实现方式)的透彻理解。然而，构造可以在没有这些具体细节的情况下实践。例如，公知的电路、过程、算法、结构和技术在没有非必要细节的情况下示出，以便于避免使构造模糊。该说明书提供了仅示例性构造，并且不限制权利要求书的范围、实用性或构造。而是，构造的前述内容将给技术人员提供能够实现所述技术的描述。可以在没有脱离公开内容的精神或范围的情况下在元件的功能和布置方面进行各种改变。
另外，构造可以被描述为被示出为流程图或框图的过程。虽然均可以将操作描述为按顺序的过程，但是许多操作可以并行或同时进行。另外，操作的次序可以重新安排。过程可以具有附图中没有包括的另外步骤。此外，方法的示例可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任意组合来实现。在以软件、固件、中间件或微代码的形式执行的情况下，可以将用于执行必要任务的程序代码或代码段存储在非暂态计算机可读介质例如存储介质中。处理器可以执行所述任务。
此外，在本文中所述的示例性实施例可以被实现为在联网的计算系统环境中的计算装置中的逻辑操作。逻辑操作可以被实现为：(i)计算机实现指令序列、步骤、在计算装置上运行的程序模块；以及(ii)在计算装置内运行的互连逻辑或硬件模块。
系统1200中的任意模块或部件或这样的模块或部件的任意组合可以与在本文中公开的任意流体流控制实施例连接、或集成至其中、或以另外的方式配置成与其连接。相关地，本文中所讨论的硬件部件和软件部件中的任意部件可以与在单个位置中或跨多个位置使用的其他流控制系统集成或被配置成与其连接。
本文中所述的计算或操作中的每个计算或操作可以使用具有硬件、软件、和/或固件的计算机或其他处理器来执行。各种方法步骤可以通过模块来执行，并且模块可以包括被布置成执行本文中所述的方法步骤的各式各样的数字和/或模拟数据处理硬件和/或软件。模块任选地包括数据处理硬件，其适用于通过与其相关联的合适的及其编程代码来执行这些步骤中的一个或更多个步骤，用于两个或更多个步骤(或者所述两个或更多个步骤中的一部分)的模块以各种集成和/或分布的处理构造中的任意构造被集成至单个处理器板或被分隔至不同的处理器板。这些方法和系统通常将采用实体媒体，实体媒体采用具有用于执行上述方法步骤的指令的机器可读代码。合适的实体媒体可以包括存储器(包括易失性存储器和/或非易失性存储器)、存储介质(例如，软盘、硬盘、磁带等上的磁记录；光学存储器例如CD、CD-R/W、CD-ROM、DVD等上；或者任意其他数字或模拟存储介质)等。
虽然以针对结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解的是，在所附权利要求书中限定的主题不一定限于上述特定特征或动作。而是，上述特定特征和动作作为实现权利要求的示例公开。

Claims (9)

1.一种用于测量和控制穿过暖通空调HVAC系统的流动路径的流体流的流装置，包括：
孔板，其设置在所述流动路径内并且限定用于接纳穿过所述流动路径的流的可变开口，其中，所述孔板包括：
外组件，其包括中央开口，和
内组件，其延伸穿过所述中央开口；
致动器组件，其与所述孔板操作上连接，其中，所述致动器组件包括耦合至所述外组件的第一致动器(124)和耦合至所述内组件的第二致动器(126)；以及
控制器，其与所述孔板和所述致动器组件操作上通信，其中，所述控制器包括：
处理器，和
存储器，其与所述处理器通信地耦合并且能够由所述处理器读取，并且在所述存储器中存储有处理器能读取的指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器来：
确定穿过所述孔板的所述流动路径中的压差，
基于从所述致动器组件接收的位置反馈而确定所述外组件和所述内组件的位置，和
基于所述压差和所述外组件和所述内组件的位置来调节所述可变开口，使得调节所述位置以满足温度设定点。
2.根据权利要求1所述的流装置，其中，所述处理器能读取的指令还致使所述处理器调节所述可变开口，使得对于通过所述孔板的流满足10:1的调节比，所述调节比由穿过所述孔板的流的最大体积与穿过所述孔板的可控流的最小体积来限定。
3.根据权利要求1所述的流装置，其中，响应于第一传感器的第一测量结果和第二传感器的第二测量结果来确定所述压差，所述第一传感器测量所述流体流的总压力或放大的总压力，所述第二传感器测量所述流体流的静压或减小的代表性静压，并且其中，所述第一测量结果与所述第二测量结果之间的差产生能够测量小于或等于10立方英尺每分钟的较小的流体流的大的压差。
4.根据权利要求1所述的流装置，其中，所述控制器基于所述外组件和所述内组件的位置而确定放大系数，所述放大系数取决于所述可变开口的面积与管道面积之比，并且其中，基于计算或查找表确定所述放大系数。
5.根据权利要求1所述的流装置，其中，所述控制器基于所述压差和放大系数确定流速，其中所述放大系数取决于所述可变开口的面积与管道面积之比。
6.根据权利要求5所述的流装置，其中，所述控制器还基于流量系数确定所述流速，所述流量系数在最大流体流下施加以确定用于校准的最大流速，并且其中，所述流量系数是恒定系数。
7.根据权利要求5所述的流装置，其中，所述控制器：
将所述流速与基于期望温度设置的目标流量进行比较；以及
基于所述比较操作所述致动器组件来保持或改变由所述内组件和所述外组件限定的所述可变开口的面积。
8.根据权利要求1所述的流装置，其中，所述控制器将所述压差输出至室内或本地控制器以管理出入单个房间或实验室的总流。
9.根据权利要求1所述的流装置，其中，所述控制器操作位于所述孔板的下游或上游的空气流移动装置，并且其中，所述控制器基于所述压差操作所述空气流移动装置的马达。
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